[发明专利]一种基于滤光的成像系统动态范围扩展方法

说明书

本发明提出一种基于滤光的成像系统动态范围扩展方法，尤其适用于超快高强度发光过程的大动态图像获取，系统结构简明，实现成本低。该方法采用的成像系统中图像传感器为彩色图像传感器，或者采用覆盖有多色镀膜或多色透镜的灰度图像传感器；该方法包括以下步骤：利用窄带滤波片的光谱选择功能，将成像场景的宽谱可见光图像选择过滤成近似单色光图像；通过多色滤光获取到衰减系数不同的多幅子图像，其中衰减系数较小的子图像能够获取亮度较低的场景图像，衰减系数较大的子图像能够获取亮度较高的场景图像；通过子图像插值计算获得高分辨率的高动态范围图像。

技术领域

本发明涉及一种成像系统动态范围扩展方法，具体涉及一种能够广泛应用于可见光成像系统的动态范围扩展方法。

背景技术

现代可见光成像系统通常采用图像传感器作为光敏器件，目前常用的图像传感器主要有两种：CCD图像传感器和CMOS图像传感器。由于半导体图像传感器的物理结构限制，CCD或CMOS图像传感器的光敏区势阱深度有限，通常只能积累几万个感应电荷，尤其是CMOS图像传感器，像元光敏面较小，集成度较高的情况下，其光敏区电荷势阱更小。在目标场景可见光强度范围大，要求成像系统动态范围较大时，成像系统必须采用特殊的动态范围扩展技术，以满足图像质量和对比度要求。

目前，成像系统动态范围扩展的方法有很多种，其中双帧曝光甚至多帧曝光图像融合技术是一种发展较早、应用比较广泛的动态扩展方法。它的原理是对同一场景进行两次或者多次曝光拍摄，分别获取不同曝光条件下的图像信息，然后通过图像融合实现动态扩展。但是这种方法只对静态场景或相对静态场景有效，亦即在多次曝光拍摄时，目标场景不变或变化极小；对于快速过程来说，难以在极短的时间内进行多次曝光成像，在进行多次拍摄的过程中目标状态已经发生了变化，因此进行图像融合已经没有了意义。另外一种实现方法是采用多台相机，通过预设不同的光圈值或曝光时间，采用分光镜使多台相机能够获取同一时刻的目标图像，从而能够进行图像融合。但是这种方法的缺点是系统过于复杂，价格昂贵，而且光学对准带来的多幅图像之间的误差也会对最终的图像融合结果带来影响。

发明内容

本发明提出一种基于滤光的成像系统动态范围扩展方法，尤其适用于超快高强度发光过程的大动态图像获取，系统结构简明，实现成本低。

本发明的技术解决方案为：

该基于滤光的成像系统动态范围扩展方法，成像系统中图像传感器为彩色图像传感器，或者采用覆盖有多色镀膜或多色透镜的灰度图像传感器；该方法包括以下步骤：

利用窄带滤波片的光谱选择功能，将成像场景的宽谱可见光图像选择过滤成近似单色光图像；

通过多色滤光获取到衰减系数不同的多幅子图像，其中衰减系数较小的子图像能够获取亮度较低的场景图像，衰减系数较大的子图像能够获取亮度较高的场景图像；

通过子图像插值计算获得高分辨率的高动态范围图像。

基于以上方案，本发明的具体实现步骤如下：

1】选取图像传感器和窄带滤光片，并进行光学耦合；

2】对耦合后得到的成像系统，在不同光照强度下进行灰度值标定，获取不同光强下不同颜色滤光像素对应的图像灰度值；

3】通过标定数据(即上述不同颜色滤光像素对应的图像灰度值)，计算得到不同颜色滤光像素的光照强度线性度曲线；

4】针对具体拍摄场景，控制图像传感器进行曝光，使用图像传感器进行场景图像记录；

5】对获取的场景图像，根据不同颜色滤光像素位置分离出多色滤光对应的子图像；

6】根据标定得到的线性曲线(即前述光照强度线性度曲线)，利用子图像进行插值计算得到高分辨率高动态范围图像。