用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法技术

本发明专利技术涉及一种用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法，属于红外相机技术领域，该方法在上位机上设置调整灰度阈值和调整步长，并检测到图像的空中目标，并提取空中目标所在的波门区域，在自动调整状态下，上位机计算波门区域内所有像素的最大灰度值，并将最大灰度值分别与下阈值、上阈值进行比较，根据比较结果以及设置的调整步长确定红外相机的积分时间档位，并发送相应的调整控制命令至红外相机，使得使红外相机始终处于理想的动态范围。本发明专利技术的积分时间自动调整方法速度更快，调整效率更高，对红外相机处理器硬件资源的要求更低，并且能够实现积分时间档位的粗调与精调，设置灵活方便，可操作性强。可操作性强。可操作性强。

【技术实现步骤摘要】
用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法


[0001]本专利技术涉及红外相机
，特别是涉及一种用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法。

技术介绍

[0002]空中目标的红外光谱辐射特性是对目标进行光电探测、识别和跟踪的重要依据之一，对空中目标红外辐射特性的研究在深化目标隐身技术、探测隐身目标和提高红外探测器工作效率方面都有着非常重要的研究价值。空中目标不同于空间目标，其飞行的环境条件和飞行状态具有复杂性和多变性，并且蒙皮和高温尾焰在不同波段的红外辐射特性差异很大，所以研究不同探测平台中探测器接收的多波段目标红外辐射特性对于提高红外探测器在不同工作环境中的探测效率具有非常重要的意义。
[0003]红外探测器利用红外辐射进行成像，红外的应用分为短波红外、中波红外和长波红外三大类。短波红外利用目标反射环境中普遍存在的短波红外辐射，在分辨率和细节上类似于可见光图像。长波、中波红外成像利用室温目标自身发射的热辐射，用于各种红外热视设备。红外线是一种肉眼不可见的光线，又称为红外热辐射。红外辐射本质是一种电磁辐射，在物理学上定义波长在0.75~1000um的电磁波。红外辐射的波长介于可见光和微波之间，其短波与可见光波段的红光相邻，长波段与微波相接。红外辐射虽然不能直接被人眼感知，但它却是自然界中最广泛存在的辐射之一。任何温度在绝对零度（
‑
275.15℃）以上的物体都会源源不断的向外辐射包括红外辐射在内的全谱段辐射信号，辐射能力的大小与物体表面的温度和材料的特性有关，温度越高，辐射的能量越大。
[0004]红外焦平面阵列是红外系统的核心，是探测、识别和分析物体红外信息的关键部件，红外焦平面阵列的工作机理就是基于入射辐射的热效应引起探测器材料温度变化。焦平面阵列材料某些物理性质会随着温度变化发生改变，通过测量这些物理性质的变化就可以测出材料吸收辐射的大小。热探测器利用的热效应，热吸收与入射辐射的波长无关，热敏单元的温度变化较慢，室温环境下就可以观测到热敏单元的温度变化。红外焦平面阵列器材利用微电子工艺集成电路技术，集红外探测器和信号处理电路于一体。积分时间是指红外焦平面成像系统探测器像元累计辐射信号产生电荷的时间。对于红外焦平面探测器，有很多性能参数与积分时间有关，如系统的输出电压、响应率、噪声和探测率等，选择适当的积分时间对系统整体性能有很大的影响。增益是指电信号的放大倍数，直接决定了输出图像的明暗程度。
[0005]在辐射特性测量的过程中，为了能够获得准确的观测数据，需要避免出现目标在图像中出现过饱和与欠饱和的情况，因此需要根据具体情况实时去调整红外相机的积分时间，保证目标在图像中的灰度处于一个可利用的范围。目前在工程实践中所采用的方法多数是通过人工对红外相机成像情况进行判断，根据图像中目标灰度的情况手动调整相机的积分时间。这种调整方式在实践中所暴露出来的问题也非常巨大，比如人工判断误差大，手动切换积分档位有延迟，对目标的测量有很大的影响，可能会出现饱和图像，导致特性测量
失败等，因此亟需一种积分时间自动调整方法对红外相机进行自动控制。
[0006]目前有一些相关的相机积分时间控制方法，不需要连接上位机，而根据曝光度自动调整积分时间。
[0007]专利CN1632688提出一种自动曝光实现方法，包括:A.判断当前图像亮度值是否位于设定的期望图像亮度值阈值内，若是，则成像器以当前图像的曝光时间和电子增益值实现曝光；继续步骤B.根据当前图像亮度值、曝光时间和电子增益值，期望图像亮度值和成像器所能获取的最高图像亮度值，确定出一参数值，使调整后的图像曝光时间和调整后的电子增益值的乘积等于该参数值；步骤C.先将调整后的电子增益值设为期望的电子增益值，计算出调整后的图像曝光时间；再将计算出的图像曝光时间取整，计算出调整后的电子增益值；步骤D、成像器以调整后的图像曝光时间和调整后的电子增益值实现曝光。采用本专利技术方法能实现快速自动曝光。然而该方法的算法计算量较大，积分时间精细调节较差。
[0008]专利CN102523386A提出了一种基于直方图均衡化的自动曝光方法，包括采集一帧图像，并记录该帧的曝光时间、计算所采集图像的亮度均值、对所采集图像做直方图均衡化处理、计算经直方图均衡化处理后的图像的灰度均值、依据曝光时间与图像的亮度均值成正比原理，计算下一帧的曝光时间、设定曝光调整容限为等步骤。本专利技术解决了现有技术中拍摄主体出现曝光不足或者曝光过度的技术问题，采用直方图均衡化后的图像的灰度均值作为最优均值。该最优均值能充分反映图像的亮度特性，并且这个最优均值是动态的，能适应各种亮度环境。然而该方法利用直方图均衡化实现自动曝光，计算量较大，算法用微处理器实现需较高硬件资源。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术中相机的积分时间调整算法计算量大、调整的精细度较差，并且均是在相机内通过相机处理器完成积分时间调整，对相机处理器硬件资源要求高的问题，提供一种用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法，该方法通过实时对图像中的目标进行检测，预先设定调整灰度阈值和调整步长，当目标的最大灰度值超过设定的调整灰度阈值时会根据当前积分时间档位判断向哪个方向调整积分时间，并向红外相机发送相应的调整控制命令，相对于传统方法具有低成本、高效快速、无需专业人士操作等优点。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法，包括以下步骤：步骤1、在上位机上设置调整灰度阈值和调整步长，所述调整灰度阈值包括上阈值和下阈值；步骤2、在红外相机采集图像并将图像实时传输至上位机后，上位机检测到图像的空中目标，并提取空中目标所在的波门区域；步骤3、上位机判断是否接收到积分时间自动调整开启指令，若是，则将红外相机的工作状态切换至自动调整状态，执行步骤4；否则，将红外相机的工作状态切换至非自动调整状态，保持红外相机的当前的积分时间和增益不变；步骤4、上位机计算所述波门区域内所有像素的最大灰度值，并将最大灰度值分别与下阈值、上阈值进行比较，当最大灰度值小于下阈值时，上位机查询红外相机的当前积分
时间并判断出其对应的当前积分时间档位，然后按照调整步长在当前积分时间档位的基础上增加积分时间档位，并通过串口通讯向红外相机发送增加后的积分时间档位对应的调整控制命令；当最大灰度值大于上阈值时，上位机查询红外相机的当前积分时间并判断出其对应的当前积分时间档位，然后按照调整步长在当前积分时间档位的基础上减小积分时间档位，并通过串口通讯向红外相机发送减小后的积分时间档位对应的调整控制命令；当最大灰度值大于下阈值且小于上阈值时，上位机保持红外相机当前积分时间档位不变；步骤5、红外相机接收上位机发送的调整控制命令后，根据调整控制命令调整积分时间与增益后重新采集图像，重复步骤2至步骤4。
[0011]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术的积分时间自动调整方法通过上位机设置上阈值和下阈值，一旦最大灰度值超出了上、下阈值范围，上位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于红外辐射特性测量的红外相机积分时间自动调整方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在上位机上设置调整灰度阈值和调整步长，所述调整灰度阈值包括上阈值和下阈值；步骤2、在红外相机采集图像并将图像实时传输至上位机后，上位机检测到图像的空中目标，并提取空中目标所在的波门区域；步骤3、上位机判断是否接收到积分时间自动调整开启指令，若是，则将红外相机的工作状态切换至自动调整状态，执行步骤4；否则，将红外相机的工作状态切换至非自动调整状态，保持红外相机的当前的积分时间和增益不变；步骤4、上位机计算所述波门区域内所有像素的最大灰度值，并将最大灰度值分别与下阈值、上阈值进行比较，当最大灰度值小于下阈值时，上位机查询红外相机的当前积分时间并判断出其对应的当前积分时间档位，然后按照调整步长在当前积分时间档位的基础上增加积分时间档位，并通过串口通讯向红外相机发送增加后的积分时间档位对应的调整控制命令...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐东浩，刘海波，余毅，高策，张涛，邹悦，赵新宇，张艳超，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：