[实用新型]一种采集物体标准颜色信息的彩色成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像领域，具体地，涉及一种采集物体标准颜色信息的彩色成像系统。

背景技术

对感兴趣的物体或者场景进行数字成像后的输出图像一般有两种形式：黑白图像与彩色图像。黑白图片是使用未加有滤光片的图像传感器(比如CCD、CMOS等)对物体、环境进行感光而获得的。由于图像传感器本身无法识别光响应区间内的不同波长的光，也就是对其而言没有“颜色”的概念，因此只能记录光强的明暗信息，最终得到单色的黑白图像。

彩色图片的获得一般是通过在图像传感器的像元表面加上一块RGB滤光片阵列(Bayer滤波片)，阵列中滤光片会通过与自己颜色相同的光而过滤掉其他光；结合该滤光片阵列的信息，图像传感器就能够“识别”像元中接收到的光的颜色或波长信息，从而奠定彩色成像的基础。但是在这一过程中滤光片中被滤掉的其他光的信息只能从其他区域中推算出来，这个方式称为“解码”或者“色彩还原”。目前的色彩解码算法已经能较好地反应被拍摄物的色彩信息，但是，与光强信息未损失的单色图像传感器相比，带有Bayer滤波阵列的彩色图像传感器的分辨率、信噪比、光响应灵敏度都会下降。

为了使成像设备同时具有单色相机高分辨率、高信噪比以及高灵敏度等优点以及彩色成像的功能，目前可以有如下几种方式：(1)单个相机内包含三个图像传感器，每个图像传感器前面分别有一块红色、绿色、蓝色的滤光片，入射光被分成红色、绿色、蓝色的分量再分别被三个图像传感器所接收；其优点是彩色的信息几乎被完整的保留下来，不需要进行解码，能够实时显示彩色图片；缺点是价格昂贵，需要三个图像传感器，并且由于要进行三张图片的叠加，对稳定性与精密性有较大要求；(2)机械轮换切换RGB三个滤光片以依次获得R、G、B三个光分量，再用单个图像传感器分别对三个光分量依次成像，通过软件再将三张灰度图片合成彩色图片；这类方法同样能保留较完整的彩色信息，优点是不需要使用三个图像传感器，但其缺点为：通过机械切换光源后，形成三张灰度图片，拍摄拍摄耗费时间很长，且彩色图片通过软件合成，无法高速实时显示，效率过低。

通过解码或者软件合成的彩色图片尽管比较真实地反映了物体的色彩信息，但其实往往会跟人眼所看到的不一致。人类的视觉系统具有颜色恒常性的特点，在不同的光照条件下观察到的物体的颜色是不变的，但相机并不具备这样的自适应能力，比如，相机拍摄到的红色灯光照射下的白纸将会呈现出红色而不是白色。因此，为获得与人体视觉系统所看到的相同的认为是正确的图像信息，消除光源颜色或者更确切的是光源的色温对成像的影响，在彩色相机对原始图像进行解码或者色彩还原后还需要进行“白平衡”的处理。白平衡的实质是将照射光(环境)的色温转化为标准白光的色温。目前的白平衡算法包括了灰度颜色世界算法，白色块算法，颜色相关性算法，色域映射算法等，从白平衡操作方式上也可以分为区域法、白纸法、标准卡片校准法以及自动白平衡等方式。这些算法和操作方式在实际效果和应用范围内各有优劣，不同的白平衡可能会导致显著不同的结果和差异。并且，实际上，很多拍摄的光线是非常复杂的，包含了不同的色温区间。实质上白平衡后对应的图像的色温是不确定且不统一的，无法保证获得的跟人眼完全相同的图像。

因此，存在一个问题：如何获得一个物体的标准彩色图像信息，在很多实际过程中，物体的标准彩色图像信息具有非常重要的意义。比如，在病理切片的采样分析中，彩色信息是作为诊断的重要依据；在对牙模的配色时，需要对原有的牙齿样品进行颜色采样；对壁画书法等文物、刑侦证据的影像拍摄时，要求能够完整复制其信息；在图像拼接等图像处理领域中，要求离散的图像在同一个环境条件下进行拍摄以便能够获得一个统一的图像。综上所述，克服目前“色彩还原”以及“色温白平衡”的各种问题，提供一种用单个图像传感器在已知光源色温下进行高速实时成像拍摄的应用系统意义重大。