CN117097994A - 多个微光图像放大增强的采集*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了微光图像放大增强的采集***，涉及图像处理技术领域。本发明包括主控芯片，所述主控芯片通过通信接口连接有用于收集光学信号的光学模块、用于对信号进行转化的成像传感器模块、图像预处理模块、用于对图像进行融合处理的图像融合模块，本***能够在低光条件下获取高质量的图像数据，可满足精细化应用的需要。***能够采集多帧图像数据，并对其进行处理和优化，***利用多帧图像拼合技术，可以消除图像中的运动模糊和噪声，进一步提升图像的质量。***内置的图像增强算法是多种优化算法的集合，通过对图像进行去噪、增强、锐化等操作，可以有效地提升图像的质量，并满足不同场景的需求。

Description

多个微光图像放大增强的采集***

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及微光图像放大增强的采集***。

背景技术

随着科技的发展，图像处理技术逐渐成为人们在各种应用场景中不可或缺的关键技术。但是，在一些特定场景下，如低光条件下、微弱信号采集等，现有的图像采集和处理技术仍然存在一些不足。

传统的图像采集模块在低光条件下往往会受到噪声干扰，导致采集到的图像质量较差，明暗细节不足。特别是在夜间或暗部场景下，采集到的图像噪声较多，仍然难以满足一些应用对图像质量的要求。此外，现有的图像处理算法和算法实现平台性能提升较缓慢，处理速度较慢，不适用于实时场景下的图像处理。同时，现有图像处理算法和模型较为单一，无法很好地适应不同场景、不同光照、不同器材和不同应用需求。

为此提出微光图像放大增强的采集***。

发明内容

本发明的目的在于：为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供了微光图像放大增强的采集***。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

微光图像放大增强的采集***，包括主控芯片，所述主控芯片通过通信接口连接有用于收集光学信号的光学模块、用于对信号进行转化的成像传感器模块、图像预处理模块、用于对图像进行融合处理的图像融合模块、用于对图像数据进行增强的图像增强模块和显示模块，所述主控芯片还连接有电源模块。

进一步地，所述光学模块包括用于对目标光线进行汇聚的物镜、用于过滤非目标段信号的滤波器、用于对光线进行调节的中间镜和对光线进行放大的目镜，且物镜、滤波器、中间镜和目镜以从靠近物体至远离物体方向依次设置在光线模块内部。

进一步地，所述成像传感器模块包括用于将光线聚焦到感光区域的光学透镜、用于转化光信号的图像传感器和用于转换电信号的信号处理电路，且光学透镜、图像传感器和信号处理电路以从靠近物体至远离物体方向依次设置在成像传感器模块的内部。

进一步地，所述图像预处理单元模块包括用于对图像数据进行双重处理的前处理单元和后处理单元，且前处理单元和后处理单元均通过通信接口与主控芯片电性连接。

进一步地，所述图像融合模块包括用于对图像进行像素级别信息融合的融合算法模块和用于对图像去噪增强的优化处理模块，且融合算法模块与图像预处理单元模块电性连接

进一步地，所述图像增强模块包括灰度变换模块、直方图均衡化模块、锐化增强模块和对比度增强模块，且灰度变换模块、直方图均衡化模块、锐化增强模块和对比度增强模块均通过算法处理器共同调节。

进一步地，所述成像传感器模块使用的传感器是像增强 CCD(ICCD)、像增强 CMOS（ICMOS）和新型微光成像模块ICM。

进一步地，所述电源模块内置稳压处理模块、过流保护模块、过压保护模块和欠压保护模块，所述稳压处理模块一端与输入电源连接，且稳压处理模块另一端与输出电源连接，所述过流保护模块、过压保护模块和欠压保护模块均与稳压处理模块电性连接。

进一步地，所述算法处理器包括输入接口、算法库选择和参数设置模块、计算处理模块、控制调度模块和输出接口，所述输入接口与图像融合模块电性连接，所述输出接口与显示模块电性连接。

本发明的有益效果如下：

本发明通过主控芯片负责对整个***的调度和控制，它可以根据实际情况对各个子模块进行协调、控制和调节，以保证整个***的正常运行，电源模块主要负责为各个模块和设备提供稳定的电源供应，以满足整个***的电力需求，确保输出电源的安全和稳定性，光学模块主要负责收集被检测目标的光学信号，并将其转换为电信号进行后续处理，光学模块位于整个***的前端，它需要通过光学镜头和光学镜片将光学信号聚焦并传输给成像传感器模块，成像传感器模块主要负责对光学信号进行转换和转录，将光学信号转化为数字信号，并将其传递给图像预处理模块进行进一步处理，图像预处理模块主要负责对得到的图像数据进行处理和准备，以供后续的图像融合、增强和显示等模块使用，图像融合模块主要负责将图像进行融合，以得到更高质量的图像。通过融合不同视角、不同波段、不同曝光等不同类型的图像，可以增强目标的对比度和清晰度，提高图像的信息获取能力，图像增强模块主要负责对图像数据进行增强和处理，以改进其质量和清晰度。图像增强模块包括灰度变换、直方图均衡化、对比度增强等不同类型的算法，以提高图像的清晰度和可读性，显示模块主要负责将处理后的图像数据进行显示，以供用户进行观察和分析。显示模块可以采用不同的显示器件，例如LCD、LED、OLED等，以满足不同的应用场景需求，在低光条件下，传统的图像采集模块往往会受到噪声干扰，无法获取清晰的图像。而像增强 CCD(ICCD)、像增强 CMOS（ICMOS）和新型微光成像模块 ICM 具备较高的灵敏度和低噪声，能够在低光条件下获取高质量的图像数据，可满足精细化应用的需要。***能够采集多帧图像数据，并对其进行处理和优化。在这一过程中，***利用多帧图像拼合技术，可以消除图像中的运动模糊和噪声，进一步提升图像的质量。***内置的图像增强算法是多种优化算法的集合，通过对图像进行去噪、增强、锐化等操作，可以有效地提升图像的质量，并满足不同场景的需求。

附图说明

图1是本发明***结构逻辑框图；

图2是本发明光学模块结构示意图；

图3是本发明成像传感器模块结构示意图；

图4是本发明图像预处理模块结构示意图；

图5是本发明图像增强模块结构示意图；

图6是本发明图像增强模块结构示意图；

图7是本发明的算法处理器结构示意图；

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，微光图像放大增强的采集***，包括主控芯片，所述主控芯片通过通信接口连接有用于收集光学信号的光学模块、用于对信号进行转化的成像传感器模块、图像预处理模块、用于对图像进行融合处理的图像融合模块、用于对图像数据进行增强的图像增强模块和显示模块，所述主控芯片还连接有电源模块，更具体的为，通过主控芯片负责对整个***的调度和控制，它可以根据实际情况对各个子模块进行协调、控制和调节，以保证整个***的正常运行，电源模块主要负责为各个模块和设备提供稳定的电源供应，以满足整个***的电力需求，确保输出电源的安全和稳定性，光学模块主要负责收集被检测目标的光学信号，并将其转换为电信号进行后续处理，光学模块位于整个***的前端，它需要通过光学镜头和光学镜片将光学信号聚焦并传输给成像传感器模块，成像传感器模块主要负责对光学信号进行转换和转录，将光学信号转化为数字信号，并将其传递给图像预处理模块进行进一步处理，图像预处理模块主要负责对得到的图像数据进行处理和准备，以供后续的图像融合、增强和显示等模块使用，图像融合模块主要负责将图像进行融合，以得到更高质量的图像。通过融合不同视角、不同波段、不同曝光等不同类型的图像，可以增强目标的对比度和清晰度，提高图像的信息获取能力，图像增强模块主要负责对图像数据进行增强和处理，以改进其质量和清晰度。图像增强模块包括灰度变换、直方图均衡化、对比度增强等不同类型的算法，以提高图像的清晰度和可读性，显示模块主要负责将处理后的图像数据进行显示，以供用户进行观察和分析。显示模块可以采用不同的显示器件，例如LCD、LED、OLED等，以满足不同的应用场景需求。

如图1、图2所示，所述光学模块包括用于对目标光线进行汇聚的物镜、用于过滤非目标段信号的滤波器、用于对光线进行调节的中间镜和对光线进行放大的目镜，且物镜、滤波器、中间镜和目镜以从靠近物体至远离物体方向依次设置在光线模块内部，当光线通过物镜进入***后，随着中间镜的作用，光线反向折射，经过滤波器的处理，只剩下需要的目标波段，然后再通过目镜进行再次聚焦，形成清晰的图像，需要注意的是，由于该***通常在微弱光线环境下工作，因此需要采用高灵敏度的透镜和滤波器，同时，要将整个光学模块尽可能地保持稳定才能获得更好的成像效果。

如图1、图3所示所述成像传感器模块包括用于将光线聚焦到感光区域的光学透镜、用于转化光信号的图像传感器和用于转换电信号的信号处理电路，且光学透镜、图像传感器和信号处理电路以从靠近物体至远离物体方向依次设置在成像传感器模块的内部，更具体的为，当光线进入***后，经过光学透镜的聚焦作用，光线落在图像传感器上的感光元件上，感光元件接收到光信号后就开始发生电化学反应，产生一定的电荷，形成图像传感器输出的电信号。这些电信号也被称为“原始数据”，其大小与光信号强度成正比。然后，这些原始数据经过信号处理电路的转换和处理，转化成数字信号，并进行后续的信号处理和分析。而信号处理电路采用的是模拟信号处理电路或数字信号处理芯片，进行信号滤波、增益控制、白平衡、降噪等操作。

如图1、图4所示所述图像预处理单元模块包括用于对图像数据进行双重处理的前处理单元和后处理单元，且前处理单元和后处理单元均通过通信接口与主控芯片电性连接，需要说明的是，通过前处理单元对采集到的原始图像进行初始处理，以减少采集过程中的噪声和失真，通过后处理单元对经过前处理的图像进行后续的滤波、增强和修复等操作。后处理单元主要包括以下处理技术：（1）颜色空间转换：将图像从一种颜色空间转换为另一种颜色空间，以提高目标的辨别能力。（2）局部对比度增强：采用局部对比度增强算法，如CLAHE（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization）等，加强图像细节。（3）图像修复：采用补洞算法、插值算法等方法，对缺失和破损的图像进行修复。

如图1、图5所示所述图像融合模块包括用于对图像进行像素级别信息融合的融合算法模块和用于对图像去噪增强的优化处理模块，且融合算法模块与图像预处理单元模块电性连接，更具体的为，图像融合模块是利用多帧图像之间的相互补充关系，在融合过程中加强目标信号，抑制噪声和干扰，从而提高图像质量。在深度融合算法中，主要采用以下融合策略：（1）基于图像质量权重的融合：在多帧图像中选择较高质量的部分进行融合，从而提高整个图像的质量。（2）基于像素级别的融合：通过像素级别的信息融合，融合图像对目标的描述。（3）基于区域级别的融合：将多帧图像分为不同区域，在每个区域中采用最佳图像进行融合。后处理单元主要负责对融合后的图像进行后处理和优化，包括去噪和图像配准。

如图1、图6所示，所述图像增强模块包括灰度变换模块、直方图均衡化模块、锐化增强模块和对比度增强模块，且灰度变换模块、直方图均衡化模块、锐化增强模块和对比度增强模块均通过算法处理器共同调节，需要说明的是，图像增强模块可以通过灰度变换技术对图像数据进行转换，使其在显示器上呈现更好的视觉效果。可以将低亮度区域的灰度值提高，将高亮度区域的灰度值降低，以扩展图像的动态范围并提高其对比度。直方图均衡技术是一种通过调整图像灰度级分布来增强图像对比度的方法。具体来说，它能够将原始图像灰度值的分布均匀化，使得亮度、对比度等特征更加鲜明，从而提高图像的清晰度和可读性。对比度增强技术可通过调整图像的对比度和亮度来增强其视觉效果。常见的对比度增强方法包括线性拉伸、非线性拉伸和直方图匹配等，它们可以针对不同的应用场景和需求进行参数调节和优化。化增强技术是指通过突出图像边缘和细节等高频部分来增强图像清晰度的方法。它主要通过高通滤波器来实现，能够有效增强图像的轮廓和纹理等特征，从而提高图像的识别和分析能力。

如图3所示，所述成像传感器模块使用的传感器是像增强 CCD(ICCD)、像增强CMOS（ICMOS）和新型微光成像模块ICM ，更具体的为，由于***运行在微光环境下，需要具备对微弱信号的高灵敏度、低噪声、高动态范围等特性，以保证采集到的图像数据具有足够的清晰度和信噪比，方便后续的处理和分析。而像增强 CCD(ICCD)、像增强 CMOS（ICMOS）和新型微光成像模块 ICM均具备较高的灵敏度和低噪声，能够在低光条件下获取高质量的图像数据。其中，像增强 CCD（ICCD）和像增强 CMOS（ICMOS）采用了类似于电荷放大器和图像信号处理器的技术，可以实现对微小信号进行增强和放大；而新型微光成像模块 ICM则基于相干模拟和数字信号处理技术，能够有效降低噪声和提高信噪比。

如图1所示，所述电源模块内置稳压处理模块、过流保护模块、过压保护模块和欠压保护模块，所述稳压处理模块一端与输入电源连接，且稳压处理模块另一端与输出电源连接，所述过流保护模块、过压保护模块和欠压保护模块均与稳压处理模块电性连接，需要说明的是，通过电源模块对输入电压进行稳压处理，将输入电压转化为符合***需求的稳定输出电压，电源管理芯片还需要支持过流保护、过压保护、欠压保护等功能，在异常情况下及时停止输出电源，从而保障***安全。

如图7所示，算法处理器包括输入接口、算法库选择和参数设置模块、计算处理模块、控制调度模块和输出接口，输入接口与图像融合模块电性连接，输出接口与显示模块电性连接，更具体的为，首先从输入接口获取图像融合模块处理过的图像数据，从算法库中选择合适的算法和参数，根据需求，可以选择不同的算法来实现锐化、去模糊、增强对比度等功能。同时，也可以设置算法的参数，如增强程度、滤波器类型，选定算法和参数后，算法处理器开始执行图像增强算法，根据获得的图像数据和所选的算法，对图像进行特定操作，具体的处理过程可能包括卷积、滤波、直方图均衡化、频域处理，控制调度模块负责管理整个处理过程。它接收用户输入指令，选择合适的算法和参数，并控制处理单元按照指定的顺序执行图像增强操作。同时，它还可以监测处理过程中的状态和性能，以确保处理的准确性和效率。以下是算法处理器的伪代码设计：

# 1. 输入接口

image_data = input_interface.get_image_data()

# 2. 计算前准备

preprocessed_image = image_preprocessing.preprocess(image_data)

# 3. 算法库选择和参数设置

selected_algorithm = algorithm_library.select_algorithm()

algorithm_parameters = algorithm_library.set_parameters(selected_algorithm)

# 4. 算法处理

enhanced_image = selected_algorithm.process(preprocessed_image,algorithm_parameters)

# 5. 输出接口

output_interface.display_image(enhanced_image)。

综上所述：本发明通过主控芯片负责对整个***的调度和控制，它可以根据实际情况对各个子模块进行协调、控制和调节，以保证整个***的正常运行，电源模块主要负责为各个模块和设备提供稳定的电源供应，以满足整个***的电力需求，确保输出电源的安全和稳定性，光学模块主要负责收集被检测目标的光学信号，并将其转换为电信号进行后续处理，光学模块位于整个***的前端，它需要通过光学镜头和光学镜片将光学信号聚焦并传输给成像传感器模块，成像传感器模块主要负责对光学信号进行转换和转录，将光学信号转化为数字信号，并将其传递给图像预处理模块进行进一步处理，图像预处理模块主要负责对得到的图像数据进行处理和准备，以供后续的图像融合、增强和显示等模块使用，图像融合模块主要负责将图像进行融合，以得到更高质量的图像。通过融合不同视角、不同波段、不同曝光等不同类型的图像，可以增强目标的对比度和清晰度，提高图像的信息获取能力，图像增强模块主要负责对图像数据进行增强和处理，以改进其质量和清晰度。图像增强模块包括灰度变换、直方图均衡化、对比度增强等不同类型的算法，以提高图像的清晰度和可读性，显示模块主要负责将处理后的图像数据进行显示，以供用户进行观察和分析。显示模块可以采用不同的显示器件，例如LCD、LED、OLED等，以满足不同的应用场景需求，在低光条件下，传统的图像采集模块往往会受到噪声干扰，无法获取清晰的图像。而像增强 CCD(ICCD)、像增强 CMOS（ICMOS）和新型微光成像模块 ICM 具备较高的灵敏度和低噪声，能够在低光条件下获取高质量的图像数据，可满足精细化应用的需要。***能够采集多帧图像数据，并对其进行处理和优化。在这一过程中，***利用多帧图像拼合技术，可以消除图像中的运动模糊和噪声，进一步提升图像的质量。***内置的图像增强算法是多种优化算法的集合，通过对图像进行去噪、增强、锐化等操作，可以有效地提升图像的质量，并满足不同场景的需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.微光图像放大增强的采集***，其特征在于，包括主控芯片，所述主控芯片通过通信接口连接有用于收集光学信号的光学模块、用于对信号进行转化的成像传感器模块、图像预处理模块、用于对图像进行融合处理的图像融合模块、用于对图像数据进行增强的图像增强模块和显示模块，所述主控芯片还连接有电源模块。

2.根据权利要求1所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述光学模块包括用于对目标光线进行汇聚的物镜、用于过滤非目标段信号的滤波器、用于对光线进行调节的中间镜和对光线进行放大的目镜，且物镜、滤波器、中间镜和目镜以从靠近物体至远离物体方向依次设置在光线模块内部。

3.根据权利要求2所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述成像传感器模块包括用于将光线聚焦到感光区域的光学透镜、用于转化光信号的图像传感器和用于转换电信号的信号处理电路，且光学透镜、图像传感器和信号处理电路以从靠近物体至远离物体方向依次设置在成像传感器模块的内部。

4.根据权利要求3所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述图像预处理单元模块包括用于对图像数据进行双重处理的前处理单元和后处理单元，且前处理单元和后处理单元均通过通信接口与主控芯片电性连接。

5.根据权利要求4所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述图像融合模块包括用于对图像进行像素级别信息融合的融合算法模块和用于对图像去噪增强的优化处理模块，且融合算法模块与图像预处理单元模块电性连接。

6.根据权利要求5所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述图像增强模块包括灰度变换模块、直方图均衡化模块、锐化增强模块和对比度增强模块，且灰度变换模块、直方图均衡化模块、锐化增强模块和对比度增强模块均通过算法处理器共同调节。

7.根据权利要求3所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述成像传感器模块使用的传感器是像增强 CCD(ICCD)、像增强 CMOS（ICMOS）和新型微光成像模块ICM 。

8.根据权利要求1所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述电源模块内置稳压处理模块、过流保护模块、过压保护模块和欠压保护模块，所述稳压处理模块一端与输入电源连接，且稳压处理模块另一端与输出电源连接，所述过流保护模块、过压保护模块和欠压保护模块均与稳压处理模块电性连接。

9.根据权利要求6所述的微光图像放大增强的采集***，其特征在于，所述算法处理器包括输入接口、算法库选择和参数设置模块、计算处理模块、控制调度模块和输出接口，所述输入接口与图像融合模块电性连接，所述输出接口与显示模块电性连接。