[发明专利]一种宽动态图像采集方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于图像采集技术领域，尤其涉及一种宽动态图像采集方法及系统。

背景技术

根据固体感光器件基本光探测原理，场景光照使光电二极管产生电流，电流的大小与入射光强成正比，电流对电容器充电产生电压，电压经过放大整形后就得到图像像素值，如果再经过模数转换，就得到数码图像。

对于标准CCD和CMOS图像传感器来说，所有感光单元的曝光（收集光子）时间都是相同的。感光单元对景物明亮部分收集的光子较多，对阴暗部分收集的光子则较少。但是，感光单元能够收集的光子数量会受到阱容量的限制，所以捕捉物体较亮色调的感光单元有可能会溢出或饱和。为防止出现这种情况，可以减少曝光时间，但这样，捕捉物体较暗色调的感光单元可能又无法收集到足够多的光子。因此，对于典型的单次曝光的图像传感器，其动态范围的上限受制于感光单元的阱容量，下限则受制于感光单元的信噪比。

由于元器件的这种物理限制，在一定曝光时间下，感光器件所能探测到的最大光强和最小光强都是有限的，这个比值就是感光器件或者摄像设备的动态范围。一般器件在50dB左右，也就是通常所说的8位图像。然而，自然界场景的动态范围通常远远超过感光器件所能探测的范围。比如正午阳光下直射区域的光强比阴影中的光强要高近6个数量级(120dB)。如果场景都是明亮物体，可以减小曝光时间或进行光衰减。如都是阴暗物体，可以增加曝光时间或进行光放大，都能得到清晰的图像。但若场景中同时存在高亮度部分和阴暗部分，比如阳光下的建筑物阴影或夜晚中的汽车前灯等。如果曝光时间短，高亮度场景部分能得到清晰图像，但低亮度部分则曝光不足；如果曝光时间长，低亮度部分能得到清晰图像，但是高亮度部分则过度曝光，图像饱和，细节丢失。为了不失真地测量这样的宽动态范围场景，摄像设备的动态范围要求大于16位，有的甚至要求到20位左右。宽动态范围采集图像已有多种方法，大多数都是利用同一感光器件依次对同一场景进行两次或多次不同曝光时间采集，然后对这些采集到的图像进行宽动态范围的图像合成。但是这种采集方法有一些缺陷：

1、高性能的宽动态范围感光器件价格都比较昂贵；

2、本次曝光与上一次曝光之间有一定的时间差。由于若摄像机抖动或者场景物体运动时，采集到的两副图之间会有些差别，需要通过图像处理进行纠正；

3、像素的读取速度限制，多次顺序采样技术需要高读取时钟频率，这使得器件及系统的设计和制造困难加大，并且影响器件的光电灵敏度和信噪比。随着感光器件的像素增多，要在限定时间内读出的像素越多，对读取时钟要求越高，因此，此类技术的扩展性有限。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种宽动态图像采集方法及系统，旨在解决现有宽动态图像采集方案成本高、技术复杂、并且存在像素读取速度瓶颈的技术问题。

一方面，所述宽动态图像采集方法包括下述步骤：

通过设置各个摄像头的曝光参数，调整各个摄像头的光照强度范围；

控制各个摄像头同时采集图像；

判断采集到的图像是否满足宽动态采集要求；

当满足宽动态采集要求时，拼接所述采集到的图像获得宽动态图像。

另一方面，所述宽动态图像采集系统包括至少两个摄像头，还包括控制各个摄像头的控制模块，所述控制模块包括：

摄像头设置单元，用于通过设置各个摄像头的曝光参数，调整各个摄像头的光照强度范围；

图像采集控制单元，用于控制各个摄像头同时采集图像；

图像判断单元，用于判断采集到的图像是否满足宽动态采集要求；

图像拼接单元，用于当满足宽动态采集要求时，拼接所述采集到的图像获得宽动态图像。

本发明的有益效果是：本发明使用多个普通性能摄像头，设置不同曝光参数后同时对同一对象进行图像采集，然后进行图像拼接得到宽动态图像，本发明无需使用高性能摄像头、无需额外的光学设备、无需对摄像头进行大规模改造，通过对多个普通摄像头进行组合与合理控制，可以实现最大限度地宽动态范围拍摄，本发明方案简单易行，成本较低。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的宽动态图像采集方法的流程图；

图2是本发明第二实施例提供的宽动态图像采集系统的结构方框图；

图3是图2中控制模块的一种具体结构图。

具体实施方式