一种新的双光谱汽车夜视仪系统设计方法研究

一种新的双光谱汽车夜视仪系统设计方法研究

秦昳

ANovelResearchoftheDesignofDoubleSpectrumCarNightVisionSystem秦昳QINYi（西安科技大学计算机学院，西安710054）（Xi'anUniversityofScienceandTechnologySchoolofComputerScienceandTechnology，Xi'an710054，China）

摘要院随着汽车市场的快速发展和安防意识的日益强化，人们对汽车安全保障技术的要求越来越高。使用汽车红外夜视仪，就可以大大提高视野清晰度，减少夜间交通事故的发生。红外夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。红外成像传感器是靠探测目标与背景间的热辐射差异来识别目标，所以对场景的亮度变化不敏感，成像清晰程度较低，不利于人眼的观察。对于汽车安全驾驶而言，不仅是要发现，判别路面物体，而且要确定路面物体的准确位置，所以要求获得的图像具有较高的清晰度。可见光成像传感器清晰度较高，能够提供路面物体的细节信息。红外与可见光图像的融合有利于综合红外图像的指示性和可见光图像的清晰性，对汽车安全驾驶有很重要的意义。本文重点实现了一种双光谱汽车夜视仪的系统设计并描述了用于该夜视仪的一种图像融合的竞争算法。

Abstract:Withtherapiddevelopmentoftheautomotivemarketandgrowingsenseofsecurity,therequirementofpeopletoautomotivesafetybecomeshigherandhigher.Ifusedautoinfrarednightvisionsystem,itcanimprovetheviewdefinitionandreducetheoccurrenceoftrafficaccidentsatnight.Theinfrarednightvisiontechnologyisthekindofphotoelectrictechnologyusedphotoelectricimagingdeviceimplementsthenightobservation.Infraredimagingsensoridentifiesthetargetbydetectingthermalradiationofthedifferencebetweentargetandbackground,so,itisnotsensitivetothebrightnesschangesofthesenseandit'simagingresolutionislow.Itisnotconductivetothehumaneyeobservation.Forcarsafetydriving,notonlytofindtheroadobjectandtodeterminetheaccuratepositionofthisroadobject,sothehighresolutionimageisneeded.Opticalimagingsensorresolutionishigherandcanprovidetheroadobject'sdetails.Thefusionoftheinfraredandvisiblelightimageisconductivetotheindicativeofcomprehensiveinfraredimageandtheclarityofthevisiblelightimage,anditisveryimportanttothesafetydriving.Thispaperimplementedthedesignaboutakindofdoublespectrumcarnightvisionsystemanddescribedthenovelcompetitivealgorithmaboutimagefusionusedthesystem.

关键词院夜视仪；红外夜视技术；图像融合；竞争图像融合算法Keywords:nightvision；infrarednightvisiontechnology；imagefusion；competitiveimagefusionalgorithm中图分类号院TN22文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）19-0207-02

0引言

随着汽车市场的快速发展和安防意识的日益强化，人们对汽车安全保障技术的要求越来越高，而现有汽车照明系统在雨夜、雪天或大雾等能见度较低情况下视距不远、效果不佳的弊病成为汽车行驶的安全隐患之一。在夜间使用汽车前灯，驾驶员通常只能看清前方30米的景物，如果使用汽车红外夜视仪，就可以大大提高视野清晰度，减少夜间交通事故的发生。

红外夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术，分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的夜视技术。被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术，它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标。被动红外夜视仪，具有可在雾、雨、雪的天气下工作，作用距离远，能识别伪装和抗干扰等独特优点，已成夜视装备的发展重点[1]。

红外成像传感器是靠探测目标与背景间的热辐射差异来识别目标，所以对场景的亮度变化不敏感，成像清晰程度较低，不利于人眼的观察。对于汽车安全架势而言，不仅是要发现，判别路面物体，而且要确定路面物体的准确位置，所以要求获得的图像具有较高的清晰度。可见光成像传感器清晰度较高，能够提供路面物体的细节信息。红外与可见光图像的融合有利于综合红外图像的指示性和可见光图像的清晰性，对汽车安全驾驶有很重要的意义。

本文重点描述和实现了一种双光谱汽车夜视仪的系统设计方法。

1一种双光谱汽车红外夜视仪系统设计方法

1.1系统组成设计汽车夜视仪的工作环境温度宽广，尤其是在中国范围内，南方和北方气温相差非常大，汽车夜视仪系统在北方冬天需要工作在零下20度到30度，南方夏天在太阳暴晒和汽车本身发热的情况下需要能够工作在60度以上，这就要求该系统能够适应全温区。本文中提到的汽车红外夜视仪系统涉及远红外成像和可见光成像双光谱融合设计。

远红外热成像是利用红外探测器，光学成像物镜采用先进的焦平面技术[2]接受被测目标的红外辐射能量，并将其分布图反映到红外探测器的光敏元件上，再由红外探测器镜红外辐射能转换成电信号，经过放大处理，转换为标准视频信号通过显示器显示红外热像图。

这个热像图与物体表面的热分布场是相对应的，但是由于被测目标的各个部分红外辐射的热像分布图信号比较弱。导致成像效果与可见光成像效果相比缺少层次感和立体感。所以在实际的系统设计过程中，为了更清晰有效地判定被测目标的特征信息，采用了双光谱融合设计的方法。整个系统包括双光谱成像模组、图像接收系统、显示终端、控制终端四大模块组成。如图1。其中双光谱成像模组用于完成可见光成像和红外成像，并对图像数据进行采集、处理和融合；图像接收系统用于完成图像接收；显示终端用于完成图像显示；控制终端用于控制成像模式。

系统工作流程为：首先，红外光学物镜、红外相机和可见光光学物镜、可见光相机分别完成对红外图像和可见光图像的采集；然后，两路已经配准和同步的可见光与红外模拟视频信号经经图像融合处理电路读入并进行融合处理，融合处理后的数据通过视频口进入图像编码器，输出到图像接收系统，在显示终端上显示。其中系统工作的核心部分是双光谱成像模组，图2为红外成像模组结构图，图3为图像融合处理电路结构图。

1.2图像融合算法竞争使用由于多源图像的成像机制不同，目标在不同图像中的位置存在差异或畸变，为了改善融合效果，提高图像中目标的清晰度，融合算法的研究已经称为研究人员的研究热点。[3]目前也已经有很多成熟的图像融合算法，如高通滤波法、加权平均法、小波变换法以及基于证据理论和基于神经网络的算法等等。但在实际的应用过程中，会发现这些算法的融合性能还受到融合原图像的影响，也就是不同的融合原图像使用同样的融合算法，所得到的图像质量会有所不同。所以在本文描述的系统中采用了图像融合算法竞争使用的策略。

图像融合算法的竞争使用的基本思路是在图像融合的过程中，选择多种不同融合算法，将这些融合算法竞争使用，在图像融合的过程中动态选择每个融合阶段的最佳融合图像。

实现的步骤是：首先根据系统获得的可见光图像和红外图像的特征，选择多种不同的融合算法进行融合，得到多个不同的融合结果；其次对各个融合结果进行图像质量分析，确定最优融合结果及相对应的最优融合算法；第三，根据最优融合结果对其他未选中的融合算法进行改进，重复上述各步骤；第四，直到两次得到的最优融合结果为同一融合结果为止。

通过图像融合算法的竞争使用，使得融合后的图像质量达到最优且相对应的融合算法性能稳定。

2结语汽车夜视仪的研究，对提升我国在该领域的技术研究水平以及国民安全驾驶水平，开拓市场产生经济效益，具有重要价值和意义：

2.1降低夜间行驶的安全隐患，保护生命财产安全据统计[4]，每年因车祸死亡的人达到100万，车祸夜间事故的死亡人数却占到70%。夜间行车事故究其原因，除了车况和驾驶技术的影响，夜晚视线不好是最主要的原因。汽车夜视仪系统能使驾驶者提前预知危险状况从而及时作出反应，避免交通事故或降低交通事故发生率，使夜间的行车安全性大大提高。

2.2具有广阔的市场应用前景汽车夜视仪的种种优点得到驾驶员的认可。面对国内8500多万辆在用汽车[5]，在未来的5年中，将有至少2-3%的汽车也就是近260万辆将会安装使用汽车夜视仪，这一巨大市场其应用前景相当广阔。

参考文献院[1]蔡占恩,刘朝辉,黄静等.微光彩塑夜视光学系统设计与像质评价[J].应用光学，2010.[2]金明磊,金伟其,刘崇亮等.用于红外焦平面阵列非均匀性校正的辐射参考源[J].红外技术，2012.[3]马苗,田红鹏.图像协同融合方法的初步研究[J].计算机应用研究，2008，25（1）.[4]2010年全国交通事故统计和解析.中国交通技术网.[5]2012年7月份全国机动车数量调查统计.http://www.chinairn.com.