[发明专利]一种用于夜间红外数字视频信号的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及将夜间摄像信号转换为视频信号处理方法，属于夜间数字视频信号处理流程中环路滤波方法的改进，特别是一种用于夜间红外数字视频信号的处理方法。

背景技术

当前，DVR(数字视频录像机)监控系统已广泛应用于各个领域，特别是在平安城市和平安社区的应用中，当在夜间使用时由于光照度不足，为获得较好的效果，一般会使用红外灯补光，红外线补光的照度不可能达到白天的照度，当光照度较低时，这时摄像机拍摄的监控图像会含有随机分布的白点雪花噪声，噪声会随着照度的降低而增加，同时由于夜间光照强度下降，光电传感器(CCD)信噪比也会急剧下降，视频信号处理电路的自身热噪声也会对视频信号产生影响，从而导致现有的视频监视记录系统在夜间记录的视频存在大量雪花噪声，视频质量严重下降，严重妨碍了夜间城市监控的效果，对构建平安城市和平安社区也会造成一定的影响，影响系统的实用性。针对这种问题，本项目从理论上分析了造成DVR记录图像模糊的原因，提出了解决问题的技术思路和数学算法，试验结果证明，本项目提出的算法能够较好的解决DVR记录图像不清的问题，对红外DVR的推广使用具有很好的创新性。

一般做安防工程的工程商只注意一味的提高前端也就是红外灯的照度，而没有注意到后端也就是DVR对整个系统的回放效果也起着决定性的作用。现在市面流行的DVR一般常采用H.264标准对监控录像码流进行编码，使用嵌入式固化系统的方案，其结果会出现以下3个问题：①DVR回放资料时的严重失真；会将“雪花”噪声放大成“雪绒花”，如果限制码流的话更会更造成满屏絮花，严重失真根本无法看清人的面孔。而作为安防系统的应用，对夜间资料回放的清晰要求比白天还要高；②DVR录像硬盘占用空间大：含有噪声的录像码流的数据量比正常情况下的码流大30-50％，甚至几倍。③DVR对快速移动物体(如汽车)的录像回放严重失真。由此可见，将普通的DVR用于夜间红外线照明下的监控录像无法达到市场的需要。数字监控系统中存在着大致以下几类噪声：

(1)随机噪声：包括客观环境中的干扰噪声和摄像机，摄像产生的读出噪声，其中对图像质量起主要影响的是摄像机CCD(电荷耦合器件)摄像所产生的读出噪声，CCD读出噪声的输出信噪比公式为：

S/N＝Qs/2∏KTC

该公式中：QS-1个光敏单元所存储的电荷量，QS＝eNs.

Ns-1个光敏单位所承载的光电子数目.

e-1个光电子所存储的电荷量.

C-输入电容    T-绝对温度.

由上式可以看出，当环境光照度充足时，Ns相应升高，即Qs增大信噪比较高；当环境光照度低时，Ns下降，Qs减小，获得的图像信噪比降低，图像中的读出噪声比较严重。读出噪声是一种光电流噪声，光电流噪声是由光的统计本质和图像传感器CCD中光电转换过程引起的。在低照度的情况下，其噪声模型可用具有泊松密度分布的随机变量来描述，且具有光电流噪声的图像，其信号幅度与噪声幅度无关。

(2)量化噪声：主要是指摄像机及DVR将输入信号由模拟信号转成数字信号采样/量化处理时产生的量化噪声。

其信噪比公式为：

S/N＝6.02B+1.76+101g(2fmax/fs)

该公式中：B-A/D转换器分辨率.

fs-采样速率.

fmax-输入信号的最高频率。

从式中可以看出，当环境光照度低时。输入信号中满屏的“雪花”噪声实际是高频噪声，比起环境光照度高时此时输入信号的频率要高出几十倍甚至上百倍。这时只有提高A/D转换器的采样速率和分辨率才能获得较高的信噪比。目前市面上的嵌入式DVR其采样速率是按正常照度输入信号的频率设计的，是固化的、没法改变。MCU的处理能力也是按正常照度输入信号频率设计的，若仅提高采样频率，则MEU的处理能力跟不上也是没有用的。这就是目前市面上的嵌入式DVR不能满足夜视录像的原因之一，同时也是对于快速移动目标不能清晰回放资料的原因。

(3)脉冲噪声：包括传输过程中产生的脉冲噪声和存储图像带来的噪声。脉冲噪声是信号在数字电路中传送时受到电路的脉冲影响而产生的噪声，虽然对于不同电路分布的情况，含有脉冲噪声的信号的信噪比会有所不同。但总体来说，这种噪声主要由电路中电荷的活动情况决定，而与客观环境中的亮度无关。