(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210816693.6 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市麓山 南路932号 (72)发明人 陈致蓬　吴婧祎　桂卫华　阳春华　 蒋朝辉　 (74)专利代理 机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 专利代理师 马家骏 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) H04N 5/235(2006.01) H04N 9/64(2006.01) H04N 9/73(2006.01)G03B 17/55(2021.01) (54)发明名称 一种幽光高温工业内窥镜 (57)摘要 本发明公开了一种幽光高温工业内窥镜， 包 括外壳组件、 安装于外壳组件内的幽光级光学成 像系统和图像亮度处理模块， 其中： 幽光级光学 成像系统， 用于采集炉内图像视频流； 图像亮度 处理模块， 与幽光级光学成像系统连接， 用于接 收幽光级光学成像系统输出的炉内图像视频流， 并对炉内图像视频流进行亮度处理， 从而获得高 亮清晰的炉内图像视频流， 本发 明解决了在极弱 光条件下， 工业炉窑内图像成像亮度不足、 细节 模糊、 轮廓不清的技术问题， 且设计的保真度函 数、 一致性函数和正则化函数， 利用了优化图像 与原图像的强相关性， 达到了在保证增强图像亮 度的同时， 消除增强图像中出现的重影的目的， 有效地提高了增强图像的图像质量。 权利要求书4页 说明书13页 附图4页 CN 115396570 A 2022.11.25 CN 115396570 A 1.一种幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述幽光高温工业内窥镜包括外 壳组件、 安 装于所述外壳组件内的幽光级光学成像系统和图像亮度处 理模块(U5)， 其中： 所述幽光级光学成像系统， 用于采集炉内图像视频流； 所述图像亮度处理模块(U5)， 与所述幽光级光学成像系统连接， 用于接收所述幽光级 光学成像系统输出 的炉内图像视频流， 并对所述炉内图像视频流进行亮度 处理， 从而获得 高亮清晰的炉内图像视频流。 2.根据权利要求1所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述外 壳组件包括前端外 壳组件和后端外壳组件， 其中： 所述前端外壳组件为双层结构， 且双层结构中的外层为风冷流通通道(U1)， 内层的外 侧为双螺 旋状缠绕的水冷循环流动通道(U2)； 所述后端外壳组件， 用于安装CCD成像芯片(U3)、 成像驱动电路和图像亮度处理模块 (U5)， 且所述后端外壳组件上开设风冷进气口(U4)、 水冷进水口(U6)以及水冷出 水口(U7)。 3.根据权利要求2所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述幽光高温工业内窥镜 还包括冷却系统， 其中： 所述冷却系统采用风冷 ‑水冷双冷却系统， 且所述风冷 ‑水冷双冷却系统中的冷气 从风 冷进风口进入风冷流 通通道(U1)， 气体在风冷流 通通道(U1)中流 通， 形成气冷效果； 所述风冷 ‑水冷双冷却系统中的水流从水冷进水口(U6)进入水冷循环流动通道(U2)， 并于水冷出水口(U7)排出， 排出后的水流经处理后可再次流入， 以此循环流通形成水冷效 果。 4.根据权利要求1所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述幽光级光学成像系统 包括依次连接的取像物镜组(M1)、 中继透镜组(M2)、 调焦镜组(M4)以及CCD成像芯片(U3)， 其中： 所述取像物镜组(M1)， 包括负焦度透镜组与正焦度透镜组， 且所述负焦度透镜组用于 散射入射光线， 将采集的大视场角、 大进光量光学信息均匀散射至正焦度透镜组， 为光学信 息远距离平行传播提供初始条件， 所述正焦度透镜组用于重新聚集散射的光线， 形成平行 于光轴的光束； 所述中继透镜组(M2)， 用于将取像物镜组(M1)获取的炉内图像传送到CCD成像芯片 (U3)； 所述调焦镜组(M4)， 用于在CCD成像芯片(U3)模糊时， 对焦距进行调节， 从而保证成像 清晰； 所述CCD成像芯片(U3)， 用于将经 过调焦镜组(M4)传输的清晰图像， 转换为数字图像。 5.根据权利要求1 ‑4任一所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述图像亮度处理 模块(U5)包括输入处理单元(S7)和与所述输入处理单元(S7)依次连接的FPGA视频流图像 处理单元(S1)和输出处 理单元(S8)， 其中： 所述输入处理单元(S7 )， 用于对幽光级光学成像系统输出的炉内图像视频流进行解 码， 并将解码后的炉内图像视频流存 储到DDR SDRAM存储模块(S5)； 所述FPGA视频流图像处理单元(S1)， 用于对解码后的炉内图像视频流进行图像预处理 与亮度合成， 具体包括MicroBlaze处理模块(S4)和与所述MicroBlaze处理模块(S4)连接的 信号处理任务触发模块(S3)、 预设处 理任务模块(S2)和D DR SDRAM存储模块(S5)， 其中：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115396570 A 2所述信号处理任务触发模块(S3)， 用于根据DDR  SDRAM存储模块(S5)存储的炉内图像 视频流， 判断炉内图像视频流中图像帧数量是否满足预设处理任务模块(S2)中的算法要 求， 并对MicroBlaze处 理模块(S4)发送任务命令， 实现任务触发、 任务配置及任务管理； 所述预设处 理任务模块(S2)， 用于预 先储存图像预处 理与亮度合成处 理任务的算法； 所述MicroBlaze处理模块(S4)， 用于接收信号处理任务触发模块(S3)发送的任务触 发、 任务配置及任务管理命令， 并根据预设处理任务模块(S2)中预先储存的图像预处理与 亮度合成处 理任务的算法， 对解码后的炉内图像视频流进行图像预处 理与亮度合成； 所述DDR SDRAM存储模块(S5)， 用于存储输入处理单元(S7)解码后的炉内图像视频流 以及与信号处 理任务触发模块(S3)和MicroBlaze处 理模块(S4)进行 数据交互； 所述输出处理单元(S8)， 用于输出FPGA视频流图像处理单元(S1)处理后的炉内图像视 频流。 6.根据权利要求5所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述预设处理任务模块 (S2)包括依次连接的三 维数字梳状滤波算法子模块、 基于时空域自适应的视频高亮合成算 法子模块以及基于多颜色动态域 算法的白平衡算法子模块， 其中： 所述三维数字梳状滤波算法子模块， 用于对解码后的炉内视频流进行三维数字梳状滤 波； 所述基于时空域自适应的视频高亮合成算法子模块， 用于对三维数字梳状滤波后的炉 内视频流进行视频高亮合成； 所述基于多颜色动态域算法的白平衡算法子模块， 用于对视频亮度合成后的炉内视频 流进行白平衡处 理。 7.根据权利要求6所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述基于时空域自适应的 视频高亮合成算法子模块包括依 次连接的视频帧采集子模块、 非线性变换子模块、 叠加子 模块以及合成视频帧获取子模块， 其中： 所述视频帧采集子模块， 用于采集三维梳状滤波后的视频流中的视频帧， 所述视频帧 包括当前视频帧以及与当前视频帧相邻的视频帧； 所述非线性变换子模块， 用于对视频帧进行非线性变换； 所述叠加子模块， 用于对非线性变换后的视频帧进行叠加， 获得增强图像； 所述合成视频帧获取子模块， 用于对增强图像采用最大后验模型进行优化， 获得合成 视频帧， 从而获得高亮视频流。 8.根据权利要求7所述的幽光高温工业内窥镜， 其特征在于， 所述合成视频帧获取子模 块包括依 次连接的保真度函数计算子模块、 一致性函数计算子模块、 正则化函数计算子模 块、 后验概 率计算子模块以及合成视频帧计算子模块， 其中： 所述保真度函数计算子模块， 用于计算保真度函数， 其中保真度函数的计算公式为： 其中， ψ(Ot,Yj)为保真度函数， 用来衡量t时刻优 化图像Ot和j时刻增强图像Yj的相似性， 为Ot和Yj的联合分布的方差， B和D分别表示模糊矩阵和下采样矩阵， S表示协方差矩阵， 表示t时刻的优化图像Ot到j时刻的增强图像Yj的运动补偿矩阵；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115396570 A 3