[发明专利]一种基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法

权利要求书

1.一种基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所采用的成像系统是由像增强器、衰减掩膜以及图像传感器依次耦合形成的；所述衰减掩膜是根据像增强器的余辉发光光谱特征和图像传感器像素尺寸特征设计并加工的掩膜孔阵列，使得像增强器余辉图像在经过掩膜孔阵列后，强度衰减系数在空间分布上有明显差别；

该方法包括：

利用像增强器的高时间分辨快门功能，将瞬态现象的某一时刻场景定格；

利用衰减掩膜的位置选择性光衰减作用，对像增强器余辉图像进行不同空间位置的选择性衰减，获取到场景同一时刻、不同强度衰减系数的多幅目标子图像，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进行动态范围扩展，获得高分辨率的高动态范围瞬态图像；

该方法具体实现步骤如下：

1】选取图像传感器和像增强器，设计衰减掩膜并进行光学耦合；

2】对耦合后的成像系统，在不同光照强度下进行灰度值标定，获取不同光强下不同衰减系数像素对应的图像灰度值；

3】通过不同光强下不同衰减系数像素对应的图像灰度值，计算得到不同衰减系数像素的光照强度线性度曲线；

4】对目标场景，通过耦合后的成像系统进行图像记录；

5】对获取的图像，根据不同衰减系数像素位置分离出对应的子图像；

6】根据标定得到的所述不同衰减系数像素的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。

2.根据权利要求1所述的基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所述图像传感器为灰度图像传感器。

3.根据权利要求1所述的基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所述掩膜孔阵列其中开孔部分透过率100％，掩膜部分透光率不大于10％以获得10倍以上的动态范围扩展。

4.根据权利要求1或3所述的基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所述掩膜孔阵列其中开孔大小要求开孔映射到图像传感器焦面为像素尺寸整数倍，孔间距为孔径两倍以上的整数倍。

5.根据权利要求4所述的基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所述掩膜孔阵列的空间分布要求在图像传感器的像素阵列上紧密交错分布，以提高子图像插值计算后高分辨率高动态范围图像的质量。

6.根据权利要求1所述的基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所述插值计算采用非饱和加权插值算法。

7.根据权利要求6所述的基于衰减掩膜的瞬态成像动态范围扩展方法，其特征在于：所述非饱和加权插值算法为：以相邻的九个像素为计算窗口，对于本像素及周围八个像素的灰度值，若像素灰度没有超过饱和非线性阈值，则根据像素所对应的光照强度线性度曲线，对其灰度值进行加权，计算出新的灰度值，然后将九个像素的加权灰度值进行求和并取平均；若某个像素灰度值超过饱和非线性阈值，则丢弃该像素值，以未超过饱和非线性阈值的像素为计算依据；计算窗口按照Z字形进行滑动计算每一个像素，获得高分辨率高动态范围图像。