基于动态范围可调的视频处理方法及电路

本发明涉及光电探测视频图像处理，具体提供一种基于动态范围可调的视频处理方法及电路。

背景技术：

1、近年来，红外成像技术发展迅速，红外成像系统在军事、航空航天、工业生产、通信及医学领域得到诸多的应用。而在空间光学遥感中最常用的是以光学成像为遥感手段的空间相机，空间相机对地或者对空间目标进行成像并传回遥感信息，同时具有光、机、电、热、控制和信息处理等综合性技术。

2、目前，红外图像采集和处理等相关技术都已经与军事、工业、以及人们的日常生活息息相关，如军事上的红外夜视制导系统、医疗和工业中红外检测系统。但是由于空间相机中红外成像器件受自身和探测环境的影响，红外成像系统的图像往往存在噪声大、细节分辨能力差等问题，在红外探测器的应用中，图像和视频的质量对于目标识别和分析至关重要。

3、红外探测器由于受到相机本体辐射、大气辐射、外界环境、各种噪声的影响等因素影像，甚至在捕捉目标时，不同的捕捉范围下红外探测器输出的电压大小都会不同，会产生高于视频处理器最小量化电压的电信号，使得成像系统实际输出的图像动态范围变大或者变小，严重影响后续处理，并且不同环境下辐射量不同。目前已经存在一些红外图像视频处理电路，但仍存在改进的空间，其中，一些电路结构复杂，需要大量的组件和连接，导致成本增加，并且提高了故障率，并且处理后的输出电压也难以稳定在一个设定的电压范围内。

4、因此，亟需一种新的视频处理电路，以克服现有技术的不足之处，并提供更高质量、更高效率的红外图像和视频输出。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种基于动态范围可调的视频处理方法和电路，在外部不同环境、不同噪声的影响下，探测器输出电压的范围不同，通过该本发明方法和电路自适应调整输出电压的动态范围，使输出电压范围稳定在后续图像处理需要的工作电压范围下，提高视频成像质量，为后续视频图像处理提供很好的基础。

2、本发明提供的基于动态范围可调的视频处理方法，包括：

3、将探测器输出电压和偏置电压输入跟随器，将跟随器的输出值作为差分放大器的共模输入端电压；当探测器输出电压取最小值时，差分放大器输出差模输出电压下限；当探测器输出电压取最大值时，差分放大器输出差模输出电压上限；

4、通过调节偏置电压，使差模输出电压下限和差模输出电压上限不随探测器输出电压的最大值和最小值变化，差模输出电压下限和差模输出电压上限为定值。

5、优选的，跟随器为tph2502。

6、优选的，差分放大器为sc7516。

7、优选的，导致探测器输出电压的最大值和最小值变化的因素包括：散粒噪声、热噪声、光电流噪声、读出电路噪声、环境噪声、入射红外光强度、气压和捕捉图像范围。

8、优选的，差模输出电压下限用m表示，差模输出电压上限用n表示，探测器输出电压的最大值用b表示，探测器输出电压的最小值用a表示，则偏置电压的表达式为：

9、；

10、依据偏置电压的表达式调节偏置电压，使差模输出电压范围[m，n]不随探测器输出电压范围[a，b]变化。

11、优选的，还包括：将差分放大器输出差模输出电压作为模数转换器的输入，通过模数转换器将差模输出电压转化为数字信号图像数据。

12、优选的，模数转换器为ads4249。

13、一种基于动态范围可调的视频处理电路，包括：

14、跟随器，其输入为探测器输出电压；

15、差分放大器，其输入端与跟随器的输出端连接；

16、模数转换器，其输入端与差分放大器的输出端连接；

17、利用基于动态范围可调的视频处理方法对探测器输出电压进行调节。

18、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

19、本发明将不同因素影响下的探测器输出电压值和偏置电压输入跟随器tph2502，再通过差模放大器sc7516对跟随器的输出进行放大，通过调节偏置电压使得差模放大器的输出电压范围不随探测器输出电压范围改变，即差模输出电压的范围可以稳定在可供后续视频图像处理的电压区间内。本发明的视频处理电路和方法可以对不同噪声、不同干扰条件下探测器的输出电压进行动态范围调节，获得稳定的电路输出电压范围，最后将稳定的输出电压进行模数转换处理，得到数字信号图像数据，为后续视频图像处理提供较好的基础，提高探测器成像效果，降低后续图像处理难度，最大程度上提高了视频成像的质量和稳定性，避免了由于探测器本体辐射、大气辐射、外界环境、各种噪声等因素的影响，导致探测器的输出电压范围发生变化，进而导致探测器的输出电压不满足视频处理器对输入电压的要求，使得探测器获取的视频动态范围变大或者变小，严重影响视频的后续处理。

20、此外，本发明的电路的结构简单、稳定性好，可以有效减小各种噪声对探测器获取的视频图像的影响，提高了视频质量，增加细节分辨能力，更好的提升红外视频图像采集、处理效率，为后续图像处理提供良好的基础。

技术特征：

1.一种基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，所述跟随器为tph2502。

3.如权利要求1所述的基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，所述差分放大器为sc7516。

4.如权利要求1所述的基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，导致所述探测器输出电压的最大值和最小值变化的因素包括：散粒噪声、热噪声、光电流噪声、读出电路噪声、环境噪声、入射红外光强度、气压和捕捉图像范围。

5.如权利要求1所述的基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，所述差模输出电压下限用m表示，所述差模输出电压上限用n表示，所述探测器输出电压的最大值用b表示，所述探测器输出电压的最小值用a表示，则所述偏置电压的表达式为：

6.如权利要求1所述的基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，还包括：将所述差分放大器输出差模输出电压作为模数转换器的输入，通过所述模数转换器将差模输出电压转化为数字信号图像数据。

7.如权利要求6所述的基于动态范围可调的视频处理方法，其特征在于，所述模数转换器为ads4249。

8.一种基于动态范围可调的视频处理电路，其特征在于，包括：

技术总结本发明涉及光电探测视频图像技术领域，具体提供一种基于动态范围可调的视频处理方法及电路，以TPH2502、SC7516和ADS4249构建处理电路，将探测器输出电压和偏置电压输入跟随器，将跟随器的输出值输入差分放大器进行放大，平衡差分ADC的输入，减小谐波失真，将探测器输出的动态电压范围稳定在符合后续处理要求的电压范围内，避免探测器获取的视频动态范围变大或者变小，严重影响视频图像的后续处理；最后将差分放大后的电压转化成14位数字信号。本发明解决了在目标探测过程中，因背景噪声和外界干扰等因素导致探测器输出电压范围不稳定，导致探测器输出电压与后续视频处理器对输入电压要求不匹配的问题，避免了背景噪声和外界干扰对于视频图像的影响。技术研发人员：聂婷,黄良,李明轩,刘鑫,王宁峰受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/23