高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的提取系统和方法

摘要

高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统，包括特征提取与控制信号生成器，正反馈电路，负反馈电路，反馈匹配电路和可控运算放大器。通过对视频信号进行特征提取，将视频信号分为高亮度视频信号、暗亮度视频信号和标准亮度视频信号；若为高亮度视频信号时，放大正常亮度以下的视频信号；若为暗亮度视频信号时，放大暗亮度以下的视频信号。采用这种方法，可以将淹没在一片白光中的不可见的目标图像实时提取出来而不影响其它可见的目标视频图像，也可以将淹没在暗光下的目标视频图像实时提取出来，而不影响其它可见的目标视频图像，消除亮度对视频图像的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统和方法。

背景技术

视频图像包括亮度信息和色彩信息，从另一个方面来讲，视频图像包括目标图像和环境图像。目标图像为视频图像所关注捕捉的图像，目标图像是一个亮度信息和色彩信息的复合，目标图像身处环境图像中，目标图像在视频图像中的反映会受到环境图像亮度信息的影响。

高亮度环境下和暗亮度环境会对视频图像的采集产生影响。以视频监视系统为例，在被监视的目标处于高亮度的环境时，因环境的亮度过高而其视频图像被淹没在一片白光中；而目标处于较暗的环境时，因亮度较低目标或目标的部分内容被淹没在黑暗中而难以观察。高亮度或暗亮度的环境都会造成视频图像被淹没，丢失被监视目标的视频图像，降低视频监控系统的作用。一旦发生案件，案发后无法查证或侦破。

对于上述问题，现有技术中，通常采用的方法为，在获取视频图像后，采用技术手段对视频图像处理，以还原目标图像。这种方法存在以下缺点：处理方式导致其获取目标图像的结果较为滞后，因此，对于一些实时性要求较强的领域(例如实时监控领域)来说，这种方法不能及时作出反应，只能事后再对视频图像进行逐一处理，查找可疑目标，不但工作量大，而且安全隐患大。

现有技术中，尚没有一种可以实时对视频图像进行处理，并还原视频图像中目标图像信息的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统和方法。

为了实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统，用于对视频图像进行亮度处理，包括：

特征提取与控制信号生成器：其输入端接入视频图像，包括用于根据视频图像信号的峰峰值，对视频图像信号进行分类的特征提取单元，以及，根据特征提取单元输出信号形成控制信号的控制信号生成单元；

正反馈电路：其输入端与特征提取与控制信号生成器的输出端连接；

负反馈电路：其输入端与特征提取与控制信号生成器的输出端连接；

反馈匹配电路：其输入端与正反馈电路和负反馈电路的输出端连接，其输出端与可控运算放大器连接；

可控运算放大器：其输入端接入视频图像与反馈匹配电路的输出端信号。

作为优选：所述实时提取系统进一步包括用于对视频图像进行处理的前置电路，前置电路的输出端包括两路信号，分别接入特征提取与控制信号生成器和可控运算放大器。

作为优选：可控运算放大器的输入端进一步与正反馈电路和负反馈电路连接。

作为优选：可控运算放大器的控制输入端进一步与特征提取与控制信号生成器的输出端连接。

作为优选：所述实时提取系统进一步包括控制调整单元，包括手动调整单元和自动调整单元，所述手动调整单元直接与可控运算放大器的放大量控制端连接；自动调整单元的输入端与可控运算放大器的输出端连接，输出端与可控运算放大器的放大量控制端连接。

高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取方法，采用上述的实时提取系统，包括以下步骤：

对视频信号进行特征提取，将视频信号分为高亮度视频信号、暗亮度视频信号和标准亮度视频信号；

若为高亮度视频信号时，放大正常亮度以下的视频信号；

若为暗亮度视频信号时，放大暗亮度以下的视频信号。

作为优选：对视频信号进行特征提取的方法为，设定高亮度峰峰值边界值，暗亮度峰峰值边界值，正常亮度峰峰值边界值；

当为高亮度视频信号时，放大峰峰值小于正常亮度峰峰值边界值的视频信号；

当为暗亮度视频信号时，放大峰峰值小于暗亮度峰峰值边界值的视频信号。

作为优选：当为高亮度视频信号时，采用负反馈的控制方法来控制视频图像的放大；当为暗亮度视频信号时，采用正反馈的控制方法来控制视频图像的放大。

本发明的有益效果为：

本发明采用视频图像实时处理的技术方案，可以将淹没在一片白光中(高亮度环境下)的不可见的目标图像实时提取出来而不影响其它可见的目标视频图像，也可以将淹没在暗光下的目标视频图像实时提取出来，而不影响其它可见的目标视频图像。从而，被监视的所有目标的视频图像均可进入视频监视系统中，使视频监控系统发挥正常作用。

本发明所提供的视频图像处理方法是一种实时的处理方法，可实现视频图像采集后到输出前的同步处理，即即入即出，可以应用于对实时性要求较强的领域，例如楼宇监控、行车记录仪监控、作战监控等，是一种及时高效的视频图像处理系统和处理方式方法。

附图说明

图1为高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统结构示意图；

图2为高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取方法流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行清楚完整地描述。显然，具体实施方式所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供了一种高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统，该系统可被搭载在视频监控系统中，对获得的视频图像进行实时亮度信号处理，以获取目标图像。

高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取系统，用于对视频图像进行亮度处理，以下将详述实时提取系统的组成。

参考图1，实时提取系统包括：前置电路、特征提取与控制信号生成器，正反馈电路、负反馈电路、反馈匹配电路和可控运算放大器。

前置电路，前置电路主要用于对待处理视频信号进行整形和放大处理，视频采集装置采集后的视频图像实时传递至前置电路的输入端，经前置电路处理之后再进行后续处理。前置电路的输出端包括两路信号，分别接入特征提取与控制信号生成器和可控运算放大器。

特征提取与控制信号生成器，其输入端接入待处理的视频图像，具体包括用于根据视频图像信号的峰峰值，对视频图像信号进行分类的特征提取单元，以及，根据特征提取单元输出信号形成控制信号的控制信号生成单元。具体的说，它们的作用是判断视频图像信号的亮度，并根据亮度值将视频图像信号分为高亮度环境视频图像、暗亮度环境视频图像和正常亮度环境视频图像。这里先叙述一下本实施例中三种亮度环境的区分标准。高亮度环境的标准为视频监视系统的环境亮度为12000lux及以上；暗亮度环境的标准为环境亮度为100lux及以下；正常亮度的标准为环境亮度为100lux～12000lux。特征提取单元对视频图像信号的峰峰值进行判断，当峰峰值高于1.2V_p-p时，判断视频图像为高亮度环境，信号生产单元将输出一个低电平；当峰峰值低于0.7V_p-p时，判断视频图像为暗亮度环境，信号生产单元将输出一个高电平；当峰峰值在1V_p-p±0.1V_p-p时，判断视频图像为正常亮度环境，信号生产单元的输出为高阻，不形成高、低电平。为了可以实现以上功能，特征提取单元可以采用如下，包括一个峰峰值比较电路，以及一个电平输出电路；这在现有技术中是容易实现的，此处不再赘述。此外，需要说明的是，关于高亮度、暗亮度和标准亮度的分类标准，并非固定的标准，实际使用时，可以根据需要选择峰峰值，作为三种亮度环境的分类标准。

正反馈电路：与特征提取与控制信号生成器的输出端连接。

负反馈电路：与特征提取与控制信号生成器的输出端连接。

正、负反馈电路是由开关电路与相应的RC网络组成。

反馈匹配电路：其输入端与正反馈电路和负反馈电路的输出端连接，其输出端与可控运算放大器连接。

可控运算放大器：其输入端接入视频图像与反馈匹配电路的输出端信号。

具体的说，反馈匹配电路是为了阻抗匹配而设置的，作用在于将反馈网络传递到可控运算放大器输入端时，实现阻抗匹配。正反馈电路可被控制信号生成器输出的高电平导通，当特征提取与控制信号生成器输出高电平时，反馈匹配电路接通正反馈电路与可控运算放大器间的连接，经反馈匹配电路进行正反馈操作。负反馈电路可被控制信号生成器输出的低电平信号接通；具体的说，在特征提取与控制信号生成器输出低电平时，反馈匹配电路接通负反馈电路与可控运算放大器间的连接，经反馈匹配电路进行负反馈操作。而当特征提取与控制信号形成器呈现一个高阻状态，正、负反馈均不接通。

以上的这种反馈控制方法，实质上完成了高亮度环境时，对可控运算放大器降低了放大量，暗亮度环境时，增大了可控运算放大器的放大量。

更进一步的，为了可以实现更精确的控制效果，可控运算放大器的输入端进一步与正反馈电路和负反馈电路连接。可控运算放大器的输入端进一步与特征提取与控制信号生成器的输出端连接，即，特征提取与控制信号形成器形成的高低电平信号进一步反馈到运算放大器，作为可控运算放大器控制信号的一个参考指标。当反馈电路控制可控运算放大器达不到图像提取值时，采用特征提取与控制信号形成器进一步控制可控运算放大器的放大范围，以达到图像提取值。

更进一步的，为了能够实现对可控运算放大器进行控制，实时提取系统进一步包括控制调整单元，控制调整单元具有两种调整模式，分别为手动调整模式和自动调整模式。控制调整单元包括手动调整单元和自动调整单元。其中，手动调整单元直接与可控运算放大器的放大量控制端连接，根据需求手动控制可控运算放大器的工作；自动调整单元通过计算控制信号的形式控制可控运算放大器的工作，其输入端与可控运算放大器的输出端连接，接收可控运算放大器输出的反馈信号，对输出视频图像的峰峰值进行检测，并根据信号计算生成控制信号，形成可控运算放大器直流工作点的自动电压调整，经自动控制单元的输出端输出到可控运算放大器的放大量控制端。进而可以达到控制稳定的提取深度和对视频信号输出的峰峰值进行控制，使输出信号的峰峰值保持在1V_p-p±0.1V_p-p之间，即形成标准亮度环境的视频信号。

采用本发明提供的高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取，可以对视频采集装置采集的视频图像进行实时处理，消除高亮度和暗亮度环境对目标图像的影响。将其应用于视频监控领域，可以准确反映目标物，以便及时发现并消除危险妨害。

基于上述的实时提取系统，本发明进一步提供高亮度和暗亮度环境下不可见视频图像的实时提取方法。

该方法主要包括以下步骤：

对视频信号进行特征提取，将视频信号分为高亮度视频信号、暗亮度视频信号和标准亮度视频信号；

若为高亮度视频信号时，放大正常亮度以下的视频信号；

若为暗亮度视频信号时，放大暗亮度以下的视频信号。

具体的说，采用如下的方法进行视频信号的特征提取和视频信号的放大。

设定高亮度峰峰值边界值，暗亮度峰峰值边界值，正常亮度峰峰值边界值；例如，本实施例中，取高亮度峰峰值边界值为1.2V_p-p，暗亮度峰峰值边界值为0.7V_p-p，正常亮度峰峰值边界值为1V_p-p。当视频图像峰峰值高于1.2V_p-p时，判断图像为应高亮度环境；当视频图像峰峰值低于0.7V_p-p时，判断视频图像为暗亮度环境；当峰峰值在1V_p-p±0.1V_p-p时，判断视频图像为标准亮度环境。

当为高亮度视频信号时，放大峰峰值小于正常亮度峰峰值边界值(1V_p-p)的视频信号，即，在高亮度环境中，放大标准亮度值以下部分的图像，这部分图像最可能是被掩盖的目标图像。

当为暗亮度视频信号时，放大峰峰值小于暗亮度峰峰值边界值(0.7V_p-p)的视频信号，即，在暗亮度环境中，高亮度或标准亮度部分图像是会呈现的，应放大暗亮度值以下部分的图像，这部分图像最可能是被掩盖的目标图像。

更具体的说，当为高亮度视频信号时，采用负反馈的控制方法来控制视频图像的放大；当为暗亮度视频信号时，采用正反馈的控制方法来控制视频图像的放大。这种控制方法，可以完成高亮度环境时，降低了高亮度视频图像的放大量，暗亮度环境时，增大了暗亮度值以下视频图像的放大量。

视频图像的放大可以采用可控运算放大器，可通过手动或自动控制的方法调整可控运算放大器的放大指标。采用本发明的视频提取方法，可以有效提取高亮度及暗亮度视频图像中的目标图像，消除环境光亮对视频图像的影响。