一種短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，包括短波紅外透過(guò)鏡頭、短波紅外成像裝置、綜合數(shù)據(jù)處理裝置、控制模塊、電源模塊、顯示裝置，短波紅外透過(guò)鏡頭和短波紅外成像裝置連接，綜合數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與短波紅外成像裝置連接，通過(guò)視頻信號(hào)線與顯示裝置連接，控制模塊通過(guò)控制線連接短波紅外成像裝置和綜合數(shù)據(jù)處理裝置，電源模塊提供該系統(tǒng)所需的電源，上述所有裝置均安裝在駕駛室內(nèi)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：利用短波紅外穿透玻璃的特性，將短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)安裝于駕駛室內(nèi)，彌補(bǔ)了長(zhǎng)波紅外視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)因無(wú)法穿透玻璃需安裝車外的不足，同時(shí)降低了結(jié)構(gòu)上防風(fēng)防雨防盜等要求。
【專利說(shuō)明】一種短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像系統(tǒng)，具體是一種車載短波紅外成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，車輛在夜間、霧、霾、雨、雪等低能見(jiàn)度天氣行駛時(shí)，駕駛員視野受限，對(duì)遠(yuǎn)方道路環(huán)境觀察能力下降，容易發(fā)生交通事故?，F(xiàn)有的近紅外主動(dòng)成像技術(shù)，主動(dòng)照射距離不遠(yuǎn)，穿透霧、霾、雨、雪等的能力有限，成像不清晰，且易受外界強(qiáng)光干擾。采用長(zhǎng)波紅外探測(cè)器的視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，探測(cè)距離遠(yuǎn)，穿透能力強(qiáng)，但是長(zhǎng)波紅外成的是熱量分布圖像與可見(jiàn)光圖像差別很大，不符合人眼的觀察習(xí)慣，且目標(biāo)細(xì)節(jié)分辨能力不夠。
[0003]2006年12月出版的《紅外與激光工程》第35卷第6期第643至第647頁(yè)的文章“短波紅外成像技術(shù)及其軍事應(yīng)用”講述了短波紅外的基本概念，所有利用紅外輻射成像的技術(shù)都是紅外成像技術(shù)，包括被動(dòng)紅外成像技術(shù)和主動(dòng)紅外成像技術(shù)。而短波紅外成像屬于被動(dòng)成像，因?yàn)槠洳灰揽咳斯ぜt外光源照明，而是靠接收景物自身反射的短波紅外成像。短波紅外光譜范圍為0.9?2.5um，所有物體都反射環(huán)境中普遍存在的短波紅外輻射。由于短波紅外技術(shù)的發(fā)展，使紅外成像的波段覆蓋了位于長(zhǎng)波、中波和短波紅外的三個(gè)大氣紅外窗口。短波紅外工作在剛出可見(jiàn)光范圍之外，因?yàn)榕c可見(jiàn)光類似短波紅外采用反射成像(高溫物體，溫度高于300°C物體也可以發(fā)出短波紅外光)，因而所成的像非常類似于可見(jiàn)光圖像，細(xì)節(jié)豐富。同時(shí)短波紅外又具有中、長(zhǎng)波紅外的穿透能力，可以在陰霾、霧、雨、雪環(huán)境下依然保持良好的圖像對(duì)比度，并且可以穿透普通玻璃和有機(jī)玻璃。此外短波紅外可以在最低到有星光的夜晚成像，使用自然物體比如大氣層夜晚的輝光成像。大氣層夜晚的輝光是由羥基離子發(fā)射的光譜中的短波紅外部分，因而短波紅外成像可以作為夜視手段之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種適于駕駛員使用的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，可工作在主動(dòng)模式與被動(dòng)模式下，系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成像清晰，不閃爍，并且能夠在夜間、陰霾等惡劣條件下正常工作，彌補(bǔ)現(xiàn)有可見(jiàn)光、長(zhǎng)波紅外在駕駛輔助系統(tǒng)方面的不足。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的:一種短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，包括短波紅外透過(guò)鏡頭(I)、短波紅外成像裝置(2)、綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)、控制模塊
(4)、電源模塊(5)、顯示裝置(6)，所述短波紅外透過(guò)鏡頭(I)和短波紅外成像裝置(2)連接，所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與短波紅外成像裝置(2)連接，通過(guò)視頻信號(hào)線與顯示裝置(6 )連接，控制模塊(4 )通過(guò)控制線連接短波紅外成像裝置(2 )和綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)，電源模塊(5)提供該系統(tǒng)所需的電源，短波紅外透過(guò)鏡頭(I)、短波紅外成像裝置(2)、綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)、控制模塊(4)、電源模塊(5)、顯示裝置(6)均安裝在駕駛室內(nèi)。
[0006]優(yōu)化的，所述短波紅外透過(guò)鏡頭(I)和短波紅外成像裝置(2)安裝在駕駛室內(nèi)的后視鏡背后正中央，朝向前擋風(fēng)玻璃。
[0007]更優(yōu)化的，所述短波紅外成像裝置(2)、綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)、控制模塊(4)、電源模塊(5)都集成在一個(gè)外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0008]具體的，所述短波紅外透過(guò)鏡頭(I)透過(guò)波長(zhǎng)在0.4um?2.5um范圍內(nèi)的可見(jiàn)光和紅外光，所述短波紅外成像裝置(2)工作在0.9?2.5um的短波紅外光譜段。
[0009]更具體的，所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)包括圖像采集及校正模塊(32)、智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)、圖像顯示模塊(36)，所述圖像采集及校正模塊(32)首先將短波紅外成像裝置(2)中的圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，再校正消除數(shù)字信號(hào)畸變；之后智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)對(duì)經(jīng)過(guò)圖像采集及校正模塊(32)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解析環(huán)境參數(shù)，與智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)中預(yù)先存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)比對(duì)，然后選擇對(duì)應(yīng)的環(huán)境圖像增強(qiáng)單元進(jìn)行環(huán)境圖像增強(qiáng)；最后通過(guò)圖像顯示模塊(36)送至顯示裝置(6 )進(jìn)行圖像顯示，控制模塊(4 )通過(guò)串口或者USB2.0來(lái)調(diào)整圖像采集及校正模塊(32 )、智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)、圖像顯示模塊(36)的參數(shù)。
[0010]更具體的，所述智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)包括圖像質(zhì)量評(píng)估單元(341)、區(qū)域分離單元(342)、環(huán)境分級(jí)單元(343)、增強(qiáng)權(quán)值單元(344)、圖像增強(qiáng)單元(345)；
[0011]圖像質(zhì)量評(píng)估單元(341)用于評(píng)估圖像采集及校正模塊(32)送來(lái)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)程度，當(dāng)超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)認(rèn)為光線充足、圖像足夠清晰，數(shù)據(jù)直接輸出到圖像顯示模塊(36)然后在顯示裝置(6)上顯示，否則需要將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)送至區(qū)域分離單元(342)作進(jìn)一步處理；
[0012]區(qū)域分離單元(342)將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)劃分為三個(gè)區(qū)域:路面區(qū)域，天空區(qū)域，其它區(qū)域，然后送至環(huán)境分級(jí)單元(343)，區(qū)域分離單元(342)通過(guò)路沿檢測(cè)分離出路面區(qū)域，再通過(guò)灰度直方圖信息分離出天空區(qū)域所在位置，不處在路面區(qū)域，天空區(qū)域的劃分為其他區(qū)域；
[0013]環(huán)境分級(jí)單元(343)預(yù)存各個(gè)區(qū)域的光照情況以及氣候情況的模型特征參數(shù)，數(shù)字圖像數(shù)據(jù)通過(guò)匹配模型特征參數(shù)進(jìn)行環(huán)境分級(jí)，得到當(dāng)前環(huán)境等級(jí)，環(huán)境等級(jí)包括光照等級(jí)Glj和氣候等級(jí)G。；
[0014]增強(qiáng)權(quán)值單元(344)通過(guò)當(dāng)前光照等級(jí)和氣候等級(jí)G。獲得針對(duì)當(dāng)前環(huán)境等級(jí)的圖像增強(qiáng)算法的光照復(fù)原權(quán)值參數(shù)\和天氣復(fù)原權(quán)值參數(shù)Wc ；
[0015]圖像增強(qiáng)單元(345)針對(duì)光照等級(jí)與氣候等級(jí)采用不同的圖像處理方法，通過(guò)光照復(fù)原算法和天氣復(fù)原算法得到2幅復(fù)原圖像，通過(guò)加權(quán)平均方法得到最終的復(fù)原圖像，輸出到圖像顯示模塊(36)，其中加權(quán)平均的權(quán)值參數(shù)I和W。通過(guò)增強(qiáng)權(quán)值單元(344)得到。
[0016]更具體的，所述圖像質(zhì)量評(píng)估單元(341)選擇基于梯度的圖像質(zhì)量評(píng)定算法，針對(duì)人眼系統(tǒng)對(duì)亮度的靈敏度以及圖像方差提出圖像質(zhì)量評(píng)估公式，
[0017]Q= a 1gL+ β σ + χ
[0018]Q是圖像質(zhì)量，ct，β，χ是常量,L是圖像売度，ο是基于對(duì)梯度的圖像方差估計(jì)。α , β的取值范圍分別為:10〈α〈1000，0〈β〈10，χ為正值用來(lái)保證Q>0。
[0019]更具體的，所述環(huán)境分級(jí)單元(343)還預(yù)存光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)1\、氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)Pc提供給圖像增強(qiáng)單元(345)，根據(jù)環(huán)境等級(jí)查詢得到，環(huán)境分級(jí)單元(343)預(yù)存的圖像增強(qiáng)參數(shù)和模型特征參數(shù)通過(guò)控制模塊(4)寫(xiě)入。
[0020]更具體的，所述增強(qiáng)權(quán)值單元(344)的權(quán)值參數(shù)計(jì)算公式有:[WuWci] =F (Gu, Ru, Gci, Rci)，其中光照等級(jí)Gu、氣候等級(jí)Ga是指某一特定光照等級(jí)和氣候等級(jí)，Ru=H)，R^f2(Pci) ,Ru評(píng)估的是當(dāng)前光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)Pu在光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)集合K中的增強(qiáng)程度，Ru評(píng)估的是當(dāng)前光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)Pu在光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)集合中的增強(qiáng)程度，類似的，Rci評(píng)估的是當(dāng)前氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)在氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)集合Pc中的增強(qiáng)程度，另外存在約束條件Wu=1-Wa，如果不考慮增強(qiáng)程度，也可以簡(jiǎn)單取Wu=l/2，Wa=l/2。
[0021]作為更優(yōu)化的方案，所述短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)還需要包括額外的輔助照明設(shè)備(7)，輔助照明設(shè)備(7)包括溴鎢燈、900nm~2500nm波長(zhǎng)的激光和LED中的任一種，輔助照明設(shè)備(7 )與短波紅外成像裝置(I) 一同安裝于駕駛室內(nèi)，或者獨(dú)立安裝于車頂。
[0022]本發(fā)明通過(guò)上述技術(shù)解決方案達(dá)到以下效果:
[0023]1、本發(fā)明利用短波紅外穿透玻璃的特性，將短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)安裝于駕駛室內(nèi)，彌補(bǔ)了長(zhǎng)波紅外視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)因無(wú)法穿透玻璃需安裝車外的不足，同時(shí)降低了結(jié)構(gòu)上防風(fēng)防雨防盜等要求。
[0024]2、本發(fā)明短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)既有長(zhǎng)波紅外的穿透能力強(qiáng)、探測(cè)距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備可見(jiàn)光提供較高的目標(biāo)細(xì)節(jié)分辨率。
[0025]3、充分利用短波紅外在惡劣條件下的穿透等特性，另外增加智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元，使系統(tǒng)能夠自適應(yīng)判斷環(huán)境情況，針對(duì)夜晚、陰霾等低可見(jiàn)惡劣場(chǎng)景進(jìn)行選擇性圖像增強(qiáng)，輔助駕駛員在特殊環(huán)境下駕駛，提高了駕駛員對(duì)危險(xiǎn)路況的感知能力，提高了行車安全性。
[0026]4、本系統(tǒng)體積小、安裝簡(jiǎn)易，具備模塊化，可控性。
[0027]5、可選主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。主動(dòng)模式下可以做到隱蔽照明，在不干擾他人的情況下擴(kuò)大了視野范圍，提高裝置的成像清晰度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0029]圖2為本發(fā)明中綜合數(shù)據(jù)處理裝置的組成模塊原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0031]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一種短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，包括短波紅外透過(guò)鏡頭
1、短波紅外成像裝置2、綜合數(shù)據(jù)處理裝置3、控制模塊4、電源模塊5、顯示裝置6。
[0032]所述短波紅外透過(guò)鏡頭I和短波紅外成像裝置2連接；所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置3通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與短波紅外成像裝置2連接，通過(guò)視頻信號(hào)線與顯示裝置6連接；控制模塊4通過(guò)控制線連接短波紅外成像裝置2和綜合數(shù)據(jù)處理裝置3。控制模塊4控制短波紅外成像裝置2和綜合數(shù)據(jù)處理裝置3的狀態(tài)，完成人機(jī)交互功能。電源模塊5提供該系統(tǒng)所需的電源。上述所有裝置均安裝在駕駛室內(nèi)。
[0033]該短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)的工作流程如下:通過(guò)短波紅外透過(guò)鏡頭I會(huì)聚目標(biāo)物體的短波紅外光，再通過(guò)短波紅外成像裝置2將短波紅外光轉(zhuǎn)換成圖像信息，再經(jīng)過(guò)綜合數(shù)據(jù)處理裝置3的數(shù)據(jù)處理，傳遞到顯示裝置6上顯示出目標(biāo)物體。
[0034]優(yōu)化的，利用短波紅外穿透普通玻璃和有機(jī)玻璃的特性，所述短波紅外透過(guò)鏡頭I和短波紅外成像裝置2安裝在駕駛室內(nèi)的后視鏡背后正中央，朝向前擋風(fēng)玻璃。
[0035]優(yōu)化的，為節(jié)省車內(nèi)空間，所述短波紅外成像裝置2、綜合數(shù)據(jù)處理裝置3、控制模塊4、電源模塊5都集成在一個(gè)外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)，或者所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置3可以安裝在外殼夕卜，做為一個(gè)模塊外置獨(dú)立安裝在車內(nèi)。
[0036]優(yōu)化的，所述短波紅外透過(guò)鏡頭I為C 口或CS 口鏡頭；
[0037]優(yōu)化的，所述短波紅外透過(guò)鏡頭I可透過(guò)波長(zhǎng)在0.4um?2.5um范圍內(nèi)的可見(jiàn)光和紅外光，所述短波紅外成像裝置2工作在0.9?2.5um的短波紅外光譜段。
[0038]優(yōu)化的，所述短波紅外成像裝置2至少擁有一個(gè)短波紅外探測(cè)器，所述短波紅外探測(cè)器是面陣探測(cè)器或者點(diǎn)元探測(cè)器或線陣探測(cè)器。
[0039]進(jìn)一步優(yōu)化的，所述短波紅外成像裝置2采用制冷或非制冷短波紅外探測(cè)器，包括但不限于:銦鎵砷(InGaAs)、碲鎘汞(HgCdTe)、銻化銦(InSb)、近紅外敏感的(XD、CMOS等探測(cè)器。
[0040]作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置3采用嵌入式FPGA處理器。如圖2所示，所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置3包括圖像采集及校正模塊32、智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元34、圖像顯示模塊36。
[0041]所述圖像采集及校正模塊32首先將短波紅外成像裝置2中的圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，再校正消除因鏡頭以及電路等引起的數(shù)字信號(hào)畸變；之后智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元34對(duì)經(jīng)過(guò)圖像采集及校正模塊32的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解析環(huán)境參數(shù)，與智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元34中預(yù)先存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)比對(duì)，然后選擇對(duì)應(yīng)的環(huán)境圖像增強(qiáng)單元進(jìn)行環(huán)境圖像增強(qiáng)；最后通過(guò)圖像顯示模塊36送至顯示裝置6進(jìn)行圖像顯示?？刂颇K4主要通過(guò)串口或者USB2.0來(lái)調(diào)整圖像采集及校正模塊32、智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元34、圖像顯示模塊36的參數(shù)。
[0042]本系統(tǒng)的智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元34是完全自適應(yīng)的，也可以額外通過(guò)控制模塊4手動(dòng)選擇環(huán)境參數(shù)以達(dá)到更好的視覺(jué)顯示效果。
[0043]進(jìn)一步具體的，所述智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元34包括圖像質(zhì)量評(píng)估單元341、區(qū)域分離單元342、環(huán)境分級(jí)單元343、增強(qiáng)權(quán)值單元344、圖像增強(qiáng)單元345。
[0044]圖像質(zhì)量評(píng)估單元341用于評(píng)估圖像采集及校正模塊32送來(lái)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)程度，當(dāng)超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)認(rèn)為光線充足、圖像足夠清晰，數(shù)據(jù)不經(jīng)區(qū)域分離單元342、環(huán)境分級(jí)單元343、增強(qiáng)權(quán)值單元344、圖像增強(qiáng)單元345直接輸出到圖像顯示模塊36然后在顯示裝置6上顯示，否則需要將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)送至區(qū)域分離單元342作進(jìn)一步處理。本發(fā)明中選擇基于梯度的圖像質(zhì)量評(píng)定算法，設(shè)定圖像質(zhì)量閾值判讀是否需要做進(jìn)一步圖像增強(qiáng)。針對(duì)人眼系統(tǒng)對(duì)亮度的靈敏度以及圖像方差提出圖像質(zhì)量評(píng)估公式，
[0045]Q= a 1gL+ β σ+χ
[0046]Q是圖像質(zhì)量，α , β , X是常量，L是圖像売度，ο是基于對(duì)梯度的圖像方差估計(jì)。α , β的取值范圍分別為:10〈α〈1000，0〈β〈10，χ為正值用來(lái)保證Q>0。
[0047]區(qū)域分離單元342將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)劃分為三個(gè)區(qū)域:路面區(qū)域，天空區(qū)域，其它區(qū)域，然后送至環(huán)境分級(jí)單元343，區(qū)域分離單元342通過(guò)路沿檢測(cè)分離出路面區(qū)域，再通過(guò)灰度直方圖信息分離出天空區(qū)域所在位置，不處在路面區(qū)域，天空區(qū)域的劃分為其他區(qū)域。
[0048]環(huán)境分級(jí)單元343預(yù)存各個(gè)區(qū)域的光照情況以及氣候情況的模型特征參數(shù)，數(shù)字圖像數(shù)據(jù)通過(guò)匹配模型特征參數(shù)進(jìn)行環(huán)境分級(jí)，得到當(dāng)前環(huán)境等級(jí)。環(huán)境等級(jí)包括光照等級(jí)和氣候等級(jí)G。。環(huán)境分級(jí)單元343將光照情況分為極暗至極亮等多個(gè)等級(jí)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)各個(gè)區(qū)域的光輻照信息、局部光輻照信息、灰度直方圖分布特性，分析得到光照等級(jí)，同樣，對(duì)氣候情況劃分等級(jí)，根據(jù)路面區(qū)域與天空區(qū)域的劃分差異分析得出氣候等級(jí)。環(huán)境分級(jí)單元343除了計(jì)算環(huán)境等級(jí)，環(huán)境分級(jí)單元343預(yù)存的光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)Pp氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)Pc提供給圖像增強(qiáng)單元345，根據(jù)環(huán)境等級(jí)可以查詢得到。預(yù)存的圖像增強(qiáng)參數(shù)和模型特征參數(shù)通過(guò)控制模塊4寫(xiě)入。圖像增強(qiáng)參數(shù)需要對(duì)行車各種光照和氣象條件建模，完成訓(xùn)練學(xué)習(xí)的方式得到，其目標(biāo)函數(shù)為[Pl Pj =maxQ(Gu Gc, L, Lo, H)。Q是圖像質(zhì)量，Plj為光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)，包括光照?qǐng)D像增強(qiáng)算法里用到的領(lǐng)域窗口大小和算子等參數(shù)，Pc為氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)，與類同。&和Gc分別為光照等級(jí)、氣候等級(jí)。L為全局光輻照度，Lo是局部光輻射度。H為同一光照等級(jí)Gp氣候等級(jí)G。下的圖片數(shù)據(jù)庫(kù)，圖片數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)獲得的圖像數(shù)據(jù)。目標(biāo)函數(shù)的意義在于在同一光照等級(jí)、氣候等級(jí)對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)H中找出一組圖像增強(qiáng)參數(shù)使得圖像質(zhì)量Q最大化。圖像增強(qiáng)參數(shù)獲取部分是離線完成，即獨(dú)立于相機(jī)完成的。而圖像增強(qiáng)參數(shù)以及與光照等級(jí)、氣候等級(jí)的對(duì)映關(guān)系將存儲(chǔ)于環(huán)境分級(jí)單元343中，通過(guò)光照等級(jí)Gp氣候等級(jí)Gc就能查詢得到光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)匕、氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)Pc。
[0049]增強(qiáng)權(quán)值單元344通過(guò)當(dāng)前環(huán)境等級(jí)獲得針對(duì)當(dāng)前環(huán)境等級(jí)的圖像增強(qiáng)算法的光照復(fù)原權(quán)值參數(shù)I和天氣復(fù)原權(quán)值參數(shù)W。。權(quán)值參數(shù)計(jì)算公式有:[WU
【權(quán)利要求】
1.一種短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:包括短波紅外透過(guò)鏡頭(I)、短波紅外成像裝置(2)、綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)、控制模塊(4)、電源模塊(5)、顯示裝置(6)，所述短波紅外透過(guò)鏡頭(I)和短波紅外成像裝置(2 )連接，所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3 )通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與短波紅外成像裝置(2)連接，通過(guò)視頻信號(hào)線與顯示裝置(6)連接，控制模塊(4)通過(guò)控制線連接短波紅外成像裝置(2 )和綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3 )，電源模塊(5 )提供該系統(tǒng)所需的電源，短波紅外透過(guò)鏡頭(I)、短波紅外成像裝置(2)、綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)、控制模塊(4 )、電源模塊(5 )、顯示裝置(6 )均安裝在駕駛室內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述短波紅外透過(guò)鏡頭(I)和短波紅外成像裝置(2)安裝在駕駛室內(nèi)的后視鏡背后正中央，朝向前擋風(fēng)玻3? ο
3.如權(quán)利要求1所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述短波紅外成像裝置(2)、綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)、控制模塊(4)、電源模塊(5)都集成在一個(gè)外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述短波紅外透過(guò)鏡頭(I)透過(guò)波長(zhǎng)在0.4um~2.5um范圍內(nèi)的可見(jiàn)光和紅外光，所述短波紅外成像裝置(2)工作在0.9~2.5um的短波紅外光譜段。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述綜合數(shù)據(jù)處理裝置(3)包括圖像采集及校正模塊(32)、智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)、圖像顯示模塊(36)，所述圖像采集及校正模塊(32)首先將短波紅外成像裝置(2)中的圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，再校正消除數(shù)字信號(hào)畸變；之后智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)對(duì)經(jīng)過(guò)圖像采集及校正模塊(32)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解析環(huán)境參數(shù)，與智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)中預(yù)先存儲(chǔ)的環(huán)境參數(shù)比對(duì)，然后選擇對(duì)應(yīng)的環(huán)境圖像增強(qiáng)單元進(jìn)行環(huán)境圖像增強(qiáng)；最后通`過(guò)圖像顯示模塊(36)送至顯示裝置(6)進(jìn)行圖像顯示，控制模塊(4)通過(guò)串口或者USB2.0來(lái)調(diào)整圖像采集及校正模塊(32)、智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)、圖像顯示模塊(36)的參數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述智能惡劣環(huán)境圖像增強(qiáng)單元(34)包括圖像質(zhì)量評(píng)估單元(341)、區(qū)域分離單元(342)、環(huán)境分級(jí)單元(343)、增強(qiáng)權(quán)值單元(344)、圖像增強(qiáng)單元(345)； 圖像質(zhì)量評(píng)估單元(341)用于評(píng)估圖像采集及校正模塊(32)送來(lái)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)程度，當(dāng)超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)認(rèn)為光線充足、圖像足夠清晰，數(shù)據(jù)直接輸出到圖像顯示模塊(36)然后在顯示裝置(6)上顯示，否則需要將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)送至區(qū)域分離單元(342)作進(jìn)一步處理； 區(qū)域分離單元(342)將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)劃分為三個(gè)區(qū)域:路面區(qū)域，天空區(qū)域，其它區(qū)域，然后送至環(huán)境分級(jí)單元(343)，區(qū)域分離單元(342)通過(guò)路沿檢測(cè)分離出路面區(qū)域，再通過(guò)灰度直方圖信息分離出天空區(qū)域所在位置，不處在路面區(qū)域，天空區(qū)域的劃分為其他區(qū)域； 環(huán)境分級(jí)單元(343)預(yù)存各個(gè)區(qū)域的光照情況以及氣候情況的模型特征參數(shù)，數(shù)字圖像數(shù)據(jù)通過(guò)匹配模型特征參數(shù)進(jìn)行環(huán)境分級(jí)，得到當(dāng)前環(huán)境等級(jí)，環(huán)境等級(jí)包括光照等級(jí)Gl和氣候等級(jí)G。； 增強(qiáng)權(quán)值單元(344)通過(guò)當(dāng)前光照等級(jí)&和氣候等級(jí)G。獲得針對(duì)當(dāng)前環(huán)境等級(jí)的圖像增強(qiáng)算法的光照復(fù)原權(quán)值參數(shù)\和天氣復(fù)原權(quán)值參數(shù)Wc ； 圖像增強(qiáng)單元(345)針對(duì)光照等級(jí)與氣候等級(jí)采用不同的圖像處理方法，通過(guò)光照復(fù)原算法和天氣復(fù)原算法得到2幅復(fù)原圖像，通過(guò)加權(quán)平均方法得到最終的復(fù)原圖像，輸出到圖像顯示模塊(36)，其中加權(quán)平均的權(quán)值參數(shù)I和Wc通過(guò)增強(qiáng)權(quán)值單元(344)得到。
7.如權(quán)利要求6所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像質(zhì)量評(píng)估單元(341)選擇基于梯度的圖像質(zhì)量評(píng)定算法，針對(duì)人眼系統(tǒng)對(duì)亮度的靈敏度以及圖像方差提出圖像質(zhì)量評(píng)估公式，
Q= a 1gL+ β σ + X Q是圖像質(zhì)量，α，β，X是常量，L是圖像亮度，σ是基于對(duì)梯度的圖像方差估計(jì)，α , β的取值范圍分別為:10〈α〈1000，0〈β〈10，x為正值用來(lái)保證Q>0。
8.如權(quán)利要求6所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境分級(jí)單元(343)還預(yù)存光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)匕、氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)Pc提供給圖像增強(qiáng)單元(345)，根據(jù)環(huán)境等級(jí)查詢得到，環(huán)境分級(jí)單元(343)預(yù)存的圖像增強(qiáng)參數(shù)和模型特征參數(shù)通過(guò)控制模塊(4)寫(xiě)入。
9.如權(quán)利要求6所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述增強(qiáng)權(quán)值單元(344)的權(quán)值參數(shù)計(jì)算公式有:[Wu WCi]=F(GLi, RLi, Gci, Rci)，其中光照等級(jí)Gu、氣候等級(jí)Gci是指某一特定光照等級(jí)和氣候等級(jí)，RLi =fI (PLi)，RCi=f2 (pCi)，RU評(píng)估的是當(dāng)前光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)Pu在光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)集合匕中的增強(qiáng)程度，Ru評(píng)估的是當(dāng)前光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)Pu在光照?qǐng)D像增強(qiáng)參數(shù)集合匕中的增強(qiáng)程度，類似的，Rci評(píng)估的是當(dāng)前氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)在氣候圖像增強(qiáng)參數(shù)集合Pc中的增強(qiáng)程度，另外存在約束條件Wu=l-WCi。`
10.如權(quán)利要求1所述的短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)，其特征在于:所述短波紅外駕駛員視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)還需要包括額外的輔助照明設(shè)備(7)，輔助照明設(shè)備(7)包括溴鎢燈、900nm~2500nm波長(zhǎng)的激光和LED中的任一種，輔助照明設(shè)備(7)與短波紅外成像裝置(I)一同安裝于駕駛室內(nèi)，或者獨(dú)立安裝于車頂。
【文檔編號(hào)】B60R1/00GK103507712SQ201310422998
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】王斯建, 楊鋒, 董磊 申請(qǐng)人:安徽鴻譜光電科技有限公司