[发明专利]曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪及方法

说明书

一、技术领域

本发明的曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪及方法，属于图像信息获取和处理领域。

二、背景技术

在视频场景监视、工业生产监控等应用中，通常不仅需要图像传感器具有较高的空间分辨率，还需要图像传感器能够在夜晚或光线较暗的情况下获取到高质量的图像信息。普通的图像传感器都依赖于外界光照条件，而夜晚或其他特殊天气状况下自然光源亮度的降低势必影响到成像效果。虽然通常在夜间采用外加人造光源作为图像传感器的辅助光源，但是这种光源的亮度范围有限，而且光源的安放位置也会直接影响到传感器的成像效果，导致图像光照不均匀等特点，为后续处理增加了难度。因此如何使得成像仪能够具有随亮度自适应的调节成像机制成为在不同亮度条件下获得高质量图像的关键所在。

目前在硬件上针对低照度环境下成像的图像传感器层出不穷，这类传感器基本上是通过改进CCD元件的灵敏度来提高成像效果。国内的低照度图像传感器成像仪的发展主要分三个阶段：彩色/黑自切换式的，低速快门式的和超感度式的。这三种相机虽然在一定程度上解决了低光照条件下的成像问题，但是存在两大缺点：一个缺点是造价昂贵，性能较好的低照度相机通常采用红外镜头感应暗光下的目标物，但这将大大增加相机的造价，另外一个缺点是功能较为固定，缺乏灵活性，即这类图像传感器的低照度指标是受到CCD性能限定的，不具有随照度自适应调节的能力。采用红外镜头低照度图像传感器在正常光照条件下由于自然光中的红外成份而影响图像的清晰度；因此低照度成像仪在应用范围上都存在一定局限性。

在软件上，针对提高低照度图像对比度的算法主要有传统的全局增强算法和局部增强方法。全局增强算法主要有直方图均衡化和对比度增强算法等。直方图均衡方法是间接增加对比度的方法，该方法简单，效果明显，但是存在增强后图像出现细节消失等缺点。对比度增强方法是直接拉伸像素之间的距离从而加大对比度，对于图像不同的区域，局部细节不能自适应增强的功能。同时在处理过程中不分噪声与细节信息，在增强图像灰度级差异的同时使得噪声也得到增强。除此以外全局增强算法不适合夜晚光照不均匀和对比度变换幅度较大的情况。局部梯度域模型的方法是一种局部提高对比度的方法，这类方法有效的压缩了光照不均图像的动态范围同时增加了暗处的对比度，但是对亮度较高的细节部分增强效果不明显，同时这类方法较全局算法计算量较大，计算复杂度高。

三、发明内容

本发明的目的在于针对传统低照度成像仪的光照条件局限性、造价高昂难以推广等缺点，模仿复眼随外界环境光照亮度改变而调节神经融合方式的过程，以神经重叠型复眼的弹药筒融合机理为基础，采用仿复眼曲面结构的多电荷耦合器件组配合DSP+FPGA芯片构建了一种造价低廉、可全天监测的自适应调节式的昼夜连续监视成像仪及方法。

2、一种曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪，其特征在于：

包括3个相同的CCD摄像头，3个用于亮度分量和两个色差分量分离的第一类DSP数字信号处理芯片、1个用于完成多帧图像融合的第二类DSP数字信号处理芯片、3个用于模数转换和制式转换的可编程视频信号处理芯片、3个电可擦存储芯片；

上述3个CCD紧密连接在一起，依附在一个半径为r的曲面上，相邻两个小眼光轴之间的夹角为θ≈art sin(D/r)构成仿复眼的曲面结构，其中r为复眼的眼半径，D为小眼直径；

上述3个CCD摄像头分别通过USB接口连接到上述3个可编程视频信号处理芯片的模拟信号输入端进行预处理；可编程视频信号处理芯片的状态信息输出入到复杂可编程逻辑电路(CLPC)中作为控制信号，而数据信号则经过上述3个电可擦存储芯片分别输入到上述3个第一类DSP数字信号处理芯中，3个第一类DSP数字信号处理芯片的控制信号输入到1个第二类DSP数字信号处理芯片做为片选信号和使能信号。

2、利用权利要求1所述曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪实现的自适应成像方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、利用三个CCD摄像头模拟复眼中的小眼分别独立成像，获得三幅小眼图像；

(2)、利用可编程视频信号处理芯片分别对三副小眼图像经过进行模数转换和制式的转换；

(3)、分别利用三个第一类DSP数字信号处理芯片对三幅小眼图像进行亮度分量和两个色差分量的分离；

(4)、根据视觉处理中只对亮度分量处理的特点，提取三副小眼图像的Y分量，连同分离后未做任何处理的色差分量，共同输入到第二类DSP数字信号处理芯片上进行受生物复眼弹药筒启发的多帧图像融合处理，具体融合算法如下：