[发明专利]利用单个矩阵传感器采集可见和近红外图像的系统和方法

说明书

一种用于同时采集彩色和近红外图像的系统，包括：单个矩阵传感器，其包括对相应可见色彩灵敏的第一、第二和第三类型的像素，以及第四类型的全色像素，这些像素在近红外中也灵敏；以及信号处理电路，其被配置成：分别从由所述第一、第二和第三类型的像素产生的信号重建第一组单色图像；从由第四类型的像素产生的信号重建全色图像；从由第一、第二和第三类型产生的信号并从所述全色图像重建第二组单色图像；从第一组的图像并从全色图像重建彩色图像，以及从第二组的图像并从全色图像重建近红外中的至少一个图像。一种包括这样的采集系统的可见‑近红外双光谱相机，以及利用这样的相机实施的方法。

技术领域

本发明涉及用于采集可见和近红外图像的系统、包括这种系统的可见-近红外双光谱相机、以及用于通过使用这种相机同时采集彩色和近红外图像的方法。

背景技术

“近红外”(或“NIR”，“近红外”的缩写)对应于700-1100nm谱带，而可见光在350nm和700nm之间延伸。有时认为，近红外开始于800nm，使用光学滤波器消除了中间的700nm-800nm波段。

本发明可以等同地应用于国防和安全部门(例如，夜视)以及消费电子产品中。

常规上，可见光中的图像(以下为了简洁称为“可见图像”)和近红外中的图像是利用两种不同的矩阵传感器独立采集的，可见光中的图像通常是彩色的。为了减小体积，这两种传感器可以经由二向色分束器与单个成像光学系统相关联，以便形成双光谱相机。

这样的配置带来了一定数量的缺点。首先，使用两个独立传感器和分数器增大了双光谱相机的成本、体积、耗电和重量，这在例如空运的嵌入式应用中尤其成问题。此外，光学系统必须要针对该应用进行特殊调整，这限制了使用商用现成光学系统的可能性，进一步提高了成本。

它还提出，主要在学术型工作中使用单个矩阵传感器采集可见和近红外图像。事实上，数字相机中常用的硅传感器表现出从可见光延伸到近红外的灵敏度；这意味着旨在仅工作于可见光的相机被装备有旨在避免红外成分图像污染的光学滤波器。

文献：

-D.Kiku等人的Simultaneously Capturing of RGB and Additional BandImages using Hybrid Color Filter Array,Proc.of SPIE-IST Electronic Imaging,SPIE Vol.9023(2014)；以及

-US 8,619,143

描述了包括四种不同类型的像素的矩阵传感器：如常规“RVB”传感器中那样对蓝光、绿光和红光灵敏的像素，但还有仅对NIR辐射灵敏的“灰色”像素。常规上，这些不同类型的像素是通过在元素硅传感器上沉积吸收滤波器、形成彩色滤波器矩阵而获得的，元素硅传感器自身是“全色的”，亦即对所有可见和近红外波段都灵敏。通常，用于产生这些滤波器的颜料在近红外是透明的；因此由“红色”、“绿色”和“蓝色”像素采集的图像受到入射光的红外分量的影响(因为显然没有在常规相机中使用的光学滤波器)，并且必须要进行数字处理以使色彩恢复到接近现实。

文献：

-Z.Sadeghipoor等人的Designing Color Filter Arrays for the JointCapture of Visible and Near-Infrared images,16th IEEE Conference on ImageProcessing(2009)；

-Z.Sadeghipoor等人的Correlation-Based Joint Acquisition andDemosaicing of Visible and Near-Infrared Images,18th IEEE Conference onImage Processing(2011)