本發(fā)明涉及夜視圖像采集裝置的領(lǐng)域，該夜視圖像采集裝置包括適用于將光子通量轉(zhuǎn)換成電子通量的光電陰極。本發(fā)明的領(lǐng)域更具體地為使用矩陣彩色濾光器的裝置的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

已知現(xiàn)有技術(shù)中存在不同的包括光電陰極的夜視圖像采集系統(tǒng)。

例如，一種這樣的裝置是包括適用于將光子的入射通量轉(zhuǎn)換成初級(jí)電子通量的光電陰極的影像增強(qiáng)管。該初級(jí)電子通量在增強(qiáng)管內(nèi)傳播，其中，初級(jí)電子通量通過(guò)第一靜電場(chǎng)來(lái)朝向倍增裝置加速。

這些倍增裝置接收所述初級(jí)電子通量，并且作為響應(yīng)提供次級(jí)電子通量。在倍增裝置的輸入面上入射的每個(gè)初始電子激發(fā)倍增裝置的出口面那側(cè)上的多個(gè)次級(jí)電子的發(fā)射。因此，由弱的初級(jí)電子通量而產(chǎn)生了強(qiáng)烈的次級(jí)電子通量，簡(jiǎn)而言之，由非常低強(qiáng)度的光輻射產(chǎn)生強(qiáng)烈的次級(jí)電子通量。

次級(jí)電子通量通過(guò)第三靜電場(chǎng)而朝向熒光屏加速，該熒光屏將次級(jí)電子通量轉(zhuǎn)換成光子通量。由于倍增裝置，熒光屏所輸出的光子通量對(duì)應(yīng)于光電陰極上入射的光子通量，除了熒光屏所輸出的光子通量的強(qiáng)度更大。換句話說(shuō)，光電陰極上入射的光子通量中的每個(gè)光子對(duì)應(yīng)于熒光屏提供的光子通量的多個(gè)光子。

光電陰極和倍增裝置被放置在設(shè)置有輸入窗的真空管中，該輸入窗用于允許光電陰極上入射的光子通量通過(guò)該輸入窗?？梢酝ㄟ^(guò)熒光屏來(lái)封閉真空管。

當(dāng)光電陰極上入射的光子通量被轉(zhuǎn)換為初始電子通量時(shí)，有關(guān)光子波長(zhǎng)的信息丟失。因此，由熒光屏所輸出的光子通量對(duì)應(yīng)于單色圖像。

文獻(xiàn)GB 2302444公開(kāi)了一種能夠恢復(fù)多色圖像的影像增強(qiáng)管。

原色濾光器的第一矩陣位于光電陰極的上游，以在光子到達(dá)光電陰極之前對(duì)光子的入射通量進(jìn)行過(guò)濾。

原色濾光器是不透射可見(jiàn)光譜中與該原色互補(bǔ)的那部分光譜的光譜濾光器。因此，原色濾光器是能夠透射如下項(xiàng)的光譜濾光器：可見(jiàn)光譜中與該原色相對(duì)應(yīng)的那部分光譜、以及潛在地紅外光譜的大概一部分，以及甚至近紫外光譜(200nm至400nm)的一部分或甚至紫外光譜(10nm至200nm)的一部分。

原色濾光器的第一矩陣由紅色、綠色和藍(lán)色濾光器組成，這些濾光器在光電陰極上繪制原色像素。因此，光電陰極的給定像素上入射的光子通量對(duì)應(yīng)于給定的原色。光電陰極作為響應(yīng)所輸出的電子通量不直接包含任何色度信息，但對(duì)應(yīng)于給定的原色。

增強(qiáng)管的輸出處、由熒光屏輸出的光子通量對(duì)應(yīng)于白光，這是特別對(duì)應(yīng)于紅、綠和藍(lán)的多個(gè)波長(zhǎng)的組合。該通量通過(guò)原色濾光器的第二矩陣進(jìn)行過(guò)濾。該第二矩陣在熒光屏上繪制原色像素。因此，由熒光屏的給定像素所發(fā)射的光子通量通過(guò)原色濾光器進(jìn)行過(guò)濾。在輸出處所獲得的來(lái)自于該原色濾光器的光子通量對(duì)應(yīng)于給定的原色。第二矩陣與第一矩陣相同，并且與第一矩陣對(duì)準(zhǔn)。因此，熒光屏上的像素與光電陰極的像素對(duì)準(zhǔn)。因此，輸出處所產(chǎn)生的來(lái)自于第二矩陣的圖像由與輸出處的來(lái)自于第一矩陣的像素化圖像的增強(qiáng)圖像相對(duì)應(yīng)的三原色的像素組成。

因此，結(jié)果是提供彩色圖像的夜視增強(qiáng)管。然而，由于存在兩個(gè)原色濾光器矩陣，該增強(qiáng)管具有高能量損耗，并且這對(duì)于需要對(duì)電子通量進(jìn)行強(qiáng)烈增強(qiáng)的場(chǎng)景而言是存在問(wèn)題的。

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠在將由能量損失引起的偏差最小化的同時(shí)采集彩色圖像的圖像采集裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

該目的通過(guò)一種圖像采集裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該圖像采集裝置包括：

光電陰極，被配置成將光子的入射通量轉(zhuǎn)換成電子通量；

由稱為像素的元素的矩陣組成的傳感器；以及

處理裝置。

根據(jù)本發(fā)明：

所述裝置包括基本濾光器矩陣，每個(gè)基本濾光器與所述傳感器的至少一個(gè)像素相關(guān)聯(lián)，所述矩陣位于所述光電陰極的上游，使得光子的初始通量在到達(dá)所述光電陰極之前通過(guò)所述矩陣；

所述矩陣包括：原色濾光器，該原色濾光器不透射可見(jiàn)光譜中與所述原色互補(bǔ)的一部分；以及被稱為全色濾光器的、透射整個(gè)可見(jiàn)光譜的濾光器；以及

所述處理裝置被配置成：

計(jì)算被稱為有用量的量，用于確定傳感器的至少一個(gè)區(qū)域是處于弱照射條件還是強(qiáng)照射條件，所述有用量表示傳感器的被稱為全色像素的一組像素上檢測(cè)到的光子或電子的平均表面通量，每個(gè)全色像素均與全色濾光器相關(guān)聯(lián)；

僅在所述區(qū)域處于強(qiáng)照射條件時(shí)才基于所述區(qū)域中與原色像素相關(guān)聯(lián)的像素形成所述區(qū)域的彩色圖像。

根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施例，光電陰極位于真空腔內(nèi)，并且基本濾光器矩陣位于所述真空腔的輸入窗上。

作為一種變型，光電陰極位于由光纖束封閉的真空腔內(nèi)，并且基本濾光器矩陣的每個(gè)基本濾光器色設(shè)置在所述光纖束的光纖的一端上。

傳感器可以是光敏傳感器，處理裝置可以被配置成計(jì)算表示光子的平均表面通量的量，并且該裝置還可以包括：

倍增裝置，被配置成接收所述光電陰極所發(fā)射的電子通量，并且作為響應(yīng)提供次級(jí)電子通量；以及

熒光屏，被配置成接收次級(jí)電子通量并且作為響應(yīng)提供光子通量，該光子通量被稱為有用光子通量，所述傳感器被設(shè)置成接收所述有用光子通量。

作為一種變型，傳感器可以是一種對(duì)電子敏感的傳感器，其被配置成接收光電陰極所發(fā)射的電子通量，并且處理裝置可以被配置成計(jì)算表示電子的平均表面通量的量。

優(yōu)選地，全色濾光器表示75％的基本濾光器。

基本濾光器矩陣有利地通過(guò)對(duì)以下圖案進(jìn)行周期性的二維重復(fù)來(lái)生成：

其中，R、G、B分別表示紅色、綠色和藍(lán)色的原色濾光器，W表示全色濾光器，除了R、G、B排列之外的被定義為所述圖案。

作為一種變型，基本濾光器矩陣可以通過(guò)對(duì)以下圖案進(jìn)行周期性二維重復(fù)來(lái)生成：

其中，Ye、Ma、Cy分別表示黃色、品紅色和青色的原色濾光器，W表示全色濾光器，除了Ye，Ma，Cy排列之外的被定義為所述圖案。

處理裝置優(yōu)選地被配置成：

如果所述有用量小于第一閾值，則確定所述區(qū)域有弱照射，以及

如果所述有用量大于第二閾值，則確定所述區(qū)域有強(qiáng)照射，所述第二閾值高于所述第一閾值。

如果有用量介于第一閾值與第二閾值之間，則處理裝置有利地被配置成將所述區(qū)域的單色圖像與彩色圖像組合，所述區(qū)域的單色圖像是從該區(qū)域的全色像素獲得的。

處理裝置優(yōu)選地被配置成：

根據(jù)所述傳感器的一組完整的全色像素形成單色圖像；

將該單色圖像分割成均勻區(qū)域；以及

針對(duì)傳感器的與均勻區(qū)域相關(guān)聯(lián)的每個(gè)區(qū)域，獨(dú)立地計(jì)算相應(yīng)的有用量，以確定所述區(qū)域是處于弱照射條件還是強(qiáng)照射條件。

基本濾光器矩陣還可以包括不透射光譜中的可見(jiàn)部分的紅外濾光器，每個(gè)紅外像素與被稱為紅外像素的至少一個(gè)像素相關(guān)聯(lián)。

當(dāng)區(qū)域處于弱照射條件時(shí)，處理裝置被有利地配置成：

將預(yù)定紅外閾值與被稱為次級(jí)量的量進(jìn)行比較，所述次級(jí)量表示該區(qū)域的紅外像素所檢測(cè)到的光子或電子的平面表面通量；

當(dāng)所述次級(jí)量高于預(yù)定紅外閾值時(shí)，將從該區(qū)域的全色像素獲得的單色圖像與從該區(qū)域中的紅外像素獲得的偽彩色圖像進(jìn)行疊加。

作為一種變型，當(dāng)區(qū)域處于弱照射條件時(shí)，處理裝置被有利地配置成：

從該區(qū)域中的紅外像素開(kāi)始，識(shí)別該區(qū)域的子區(qū)域，所述子區(qū)域檢測(cè)紅外光譜中均勻的平均光子或電子表面通量；

針對(duì)由此所識(shí)別的每個(gè)子區(qū)域，將預(yù)定紅外閾值與被稱為次級(jí)量的量進(jìn)行比較，該次級(jí)量表示該子區(qū)域的紅外像素所檢測(cè)的光子或電子的平均表面通量；

當(dāng)所述次級(jí)量高于所述預(yù)定紅外閾值時(shí)，將從該子區(qū)的全色像素獲得的單色圖像與從該子區(qū)中的紅外像素獲得的偽彩色圖像疊加。

基本濾光器矩陣可以包括由光學(xué)投影系統(tǒng)投影的圖像。

本發(fā)明還涉及一種圖像形成方法，該方法實(shí)現(xiàn)在包括光電陰極和傳感器的裝置中，所述光電陰極被配置成將入射的光子通量轉(zhuǎn)換成電子通量，所述方法包括如下步驟：

對(duì)初始的光子通量進(jìn)行過(guò)濾以獲取入射的光子通量，該過(guò)濾步驟利用基本濾光器矩陣，該基本濾光器矩陣包括：原色濾光器，該原色濾光器不透射可見(jiàn)光譜中與所述原色互補(bǔ)的一部分；以及被稱為全色濾光器的、透射整個(gè)可見(jiàn)光譜的濾光器；

計(jì)算被稱為有用量的量，用于確定傳感器的至少一個(gè)區(qū)域是處于弱照射條件還是處于強(qiáng)照射條件，該有用量表示傳感器的被稱為全色像素的一組像素上檢測(cè)的光子或電子的平均表面通量，每個(gè)全色像素均與全色濾光器相關(guān)聯(lián)；

僅在所述區(qū)域處于強(qiáng)照射條件時(shí)才基于所述區(qū)域中與原色像素相關(guān)聯(lián)的像素形成所述區(qū)域的彩色圖像。

附圖說(shuō)明

在參考附圖閱讀了示例性實(shí)施例的描述之后，將更好地理解本發(fā)明，所述示例性實(shí)施例的描述是純粹地出于提供信息的目的而給出的并且是非限制性的，在附圖中：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的原理；

圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的處理裝置所執(zhí)行的處理的第一實(shí)施例；

圖3A和圖3B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的基本濾光器矩陣的第一實(shí)施例的兩個(gè)變型；

圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例；

圖5A和圖5B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)施例的兩個(gè)變型；

圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的基本濾光器矩陣的第二實(shí)施例；以及

圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的處理裝置所執(zhí)行的處理的第二實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的圖像采集裝置100的原理；

裝置100包括按照背景技術(shù)中所描述的那樣進(jìn)行操作的光電陰極120，以及位于該光電陰極上游的基本濾光器111的矩陣110。例如，可以使用GaAs(砷化鎵)光電陰極。可以使用任何其它類型的光電陰極，特別是在盡可能寬的波長(zhǎng)光譜中敏感的光電陰極，包括可見(jiàn)光(約400nm至800nm)，以及可能的近紅外或甚至紅外光，和/或近紫外線(紫外線)，或者甚至紫外線。

每個(gè)基本濾光器111對(duì)光電陰極120上的位置處的入射光進(jìn)行過(guò)濾。因此，每個(gè)基本濾光器111限定了光電陰極120上的像素。

基本濾光器111是至少兩個(gè)不同類別的透射濾光器：原色濾光器和透明(或全色)濾光器。

在背景技術(shù)中已經(jīng)對(duì)原色基本濾光器進(jìn)行了限定。矩陣110的基本濾光器包括三種類型的原色濾光器，換句話說(shuō)，三原色濾光器。這使得能夠?qū)梢?jiàn)光譜中的所有顏色進(jìn)行加法或減法合成。特別地，每種類型的原色濾光器僅透射可見(jiàn)光譜的一部分，換句話說(shuō)，400nm至700nm的波長(zhǎng)間隔的波段，并且不同類型的原色像素一起覆蓋該整個(gè)間隔。除了可見(jiàn)光譜的一部分之外，每個(gè)原色濾光器可以透射近紅外或甚至紅外光譜的一部分和/或近紫外線或甚至紫外線光譜的一部分。在加法合成的情況下，濾光器可以是紅色、綠色、藍(lán)色濾光器，或在減法合成的情況下，濾光器可以是黃色、品紅色、青色濾光器。在不脫離本發(fā)明的框架的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)其他原色集合。

全色基本濾光器允許整個(gè)可見(jiàn)光譜通過(guò)。如果適用，全色基本濾光器還可以透射近紅外或甚至紅外光譜的至少一部分和/或近紫外線或甚至紫外線光譜的一部分。全色基本濾光器可以是對(duì)于可見(jiàn)光而言透明的元件，或者可以是矩陣110中的開(kāi)口。在該第二種情況下，位于這些全色基本濾光器下面的光電陰極的像素接收未過(guò)濾的光。

不同類型的原色濾光器和全色濾光器稀疏地分布在基本濾光器矩陣上。

基本濾光器有利地以圖案的形式布置，在光電陰極120的平面中周期性地沿著通常正交的兩個(gè)不同方向重復(fù)。每個(gè)圖案優(yōu)選地包括每個(gè)類型的至少一個(gè)原色濾光器，和多個(gè)全色濾光器。

盡管所示的基本濾光器是正方形的，但是它們可以是任意幾何形狀，例如，形式為六邊形、圓盤(pán)或者根據(jù)本發(fā)明的裝置100的傳遞函數(shù)相關(guān)的約束而限定的表面。

根據(jù)本發(fā)明的基本濾光器矩陣可以是真實(shí)的或虛擬的。

當(dāng)基本濾光器矩陣由具有一定厚度的基本濾光器(例如干涉濾光器或者由聚合物材料制成的基本濾光器)組成時(shí)，則認(rèn)為基本濾光器矩陣是真實(shí)的。

當(dāng)基本濾光器矩陣由基本濾光器的第二矩陣的投影在光電陰極上游側(cè)的圖像組成時(shí)，則認(rèn)為基本濾光器矩陣是虛擬的。在這種情況下，基本濾光器的第二矩陣由基本濾光器的真實(shí)矩陣組成。基本濾光器的第二矩陣位于光學(xué)投影系統(tǒng)的物平面中。在該光學(xué)投影系統(tǒng)的圖像平面中形成的圖像對(duì)應(yīng)于基本濾光器的所述虛擬矩陣。該變型的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它避免了將真實(shí)矩陣設(shè)置在所需要的位置所帶來(lái)的難點(diǎn)。

在參考附圖開(kāi)發(fā)的所有示例中已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基本濾光器的真實(shí)矩陣的示例?？梢詫?shí)現(xiàn)多種變型，以基本濾光器的虛擬矩陣替代基本濾光器的真實(shí)矩陣。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的裝置于則會(huì)包括上文所述的基本濾光器的第二矩陣和光學(xué)投影系統(tǒng)。

優(yōu)選但非限制性地，全色基本濾光器在矩陣110中的比例大于或等于50％。有利地，全色基本濾光器的比例等于75％。原色基本濾光器可以以相等的比例分布。作為一種變型，原色基本濾光器以不同的比例進(jìn)行分布。優(yōu)選地，第一類型原色濾光器的比例不超過(guò)其他類型的原色濾光器的比例的兩倍。例如，全色基本濾光器的比例等于75％，第一原色濾光器的比例等于12.5％，第二原色濾光器和第三原色濾光器的比例分別等于6.25％和6.25％。

矩陣120接收光子的初始通量。出于示意性目的，示出了光子的初始基本通量101，每個(gè)初始基本通量與基本濾光器111相關(guān)聯(lián)。光子的初始基本通量101一起形成多色圖像，并且可以包括位于可見(jiàn)光、近紅外光，甚至紅外光譜中的光子。

基本濾光器111傳送經(jīng)過(guò)濾的基本通量102，經(jīng)過(guò)濾的基本通量一起形成入射在光電陰極上的光子通量。光電陰極120響應(yīng)于該光子的入射通量而發(fā)射電子通量。存在與每個(gè)經(jīng)過(guò)濾的基本通量102相對(duì)應(yīng)的電子的基本通量103。經(jīng)過(guò)濾的基本通量102所包含的光子越多，則相應(yīng)的電子的通量103越重要。電子的基本通量103不直接傳輸任何色度信息，而是直接取決于由對(duì)應(yīng)的元素濾光器111傳輸?shù)墓庾拥臄?shù)量。電子的基本通量103一起形成由光電陰極120發(fā)射的電子的通量。

根據(jù)本發(fā)明的裝置100還包括數(shù)字傳感器130。如下面詳細(xì)描述的，傳感器130可以直接接收由光電陰極120發(fā)射的電子的通量。作為一種變型，由光電陰極120發(fā)射的這種電子的通量可以轉(zhuǎn)換成光子的通量，使得傳感器130最終接收光子的通量。由于圖1是僅示出本發(fā)明的原理的圖示，傳感器130直接示出在光電陰極120之后。傳感器130可以是對(duì)光子或電子敏感的傳感器，并且可以是在光電陰極120與傳感器130之間插入其他元件。

傳感器對(duì)光電陰極發(fā)射的電子或者根據(jù)這些電子而獲得的光子敏感。

優(yōu)選地，傳感器對(duì)以下項(xiàng)敏感：

在400-900nm波段內(nèi)的光子，或甚至400-1100nm波段內(nèi)的光子，或甚至從紫外線變化到近紅外的波譜段，例如，200-1100nm的光譜段內(nèi)的光子；或者

源自該波段內(nèi)的光子的電子。傳感器由對(duì)光子或?qū)﹄娮用舾械?、稱為像素131的元素的矩陣組成。

每個(gè)基本濾光器111與傳感器的至少一個(gè)像素131相關(guān)聯(lián)。換句話說(shuō)，每個(gè)基本濾光器111與傳感器的至少一個(gè)像素131對(duì)準(zhǔn)，使得由該基本濾光器111透射的光子所產(chǎn)生的電子或光子通量的最大部分到達(dá)該至少一個(gè)像素131。每個(gè)基本濾光器111優(yōu)選地與傳感器的確切一個(gè)像素131相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，基本濾光器111的區(qū)域?qū)?yīng)于傳感器的像素131的區(qū)域，或者對(duì)應(yīng)于與傳感器的并列的整數(shù)個(gè)像素131相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。

由于每個(gè)基本濾光器111與傳感器的至少一個(gè)像素131相關(guān)聯(lián)，因此，傳感器的、與全色基本濾光器相關(guān)聯(lián)的像素可以稱為“全色像素”，并且傳感器的、與原色基本濾光器相關(guān)聯(lián)的像素可以稱為“原色像素”。全色像素檢測(cè)與由全色濾光器透射的光譜帶相關(guān)聯(lián)的電子或光子。任意類型的原色像素檢測(cè)與由相應(yīng)類型的原色濾光器透射的光譜帶相關(guān)聯(lián)的電子或光子。

傳感器130連接至處理裝置140，換句話說(shuō)，連接至特別包括處理器或微處理器的計(jì)算裝置。處理裝置140接收由傳感器130所輸出的電信號(hào)作為輸入，當(dāng)傳感器對(duì)光子敏感時(shí)，對(duì)于每個(gè)像素131而言的電信號(hào)對(duì)應(yīng)于該像素所接收或檢測(cè)的光子通量，或者，當(dāng)傳感器對(duì)電子敏感時(shí)，對(duì)于每個(gè)像素131而言的電信號(hào)對(duì)應(yīng)于該像素所接收或檢測(cè)的電子通量。處理裝置140在輸出端提供與在基本濾光器矩陣上入射的光子的基本通量相對(duì)應(yīng)的圖像，該通量已被增強(qiáng)。

處理裝置140被配置成向傳感器的每個(gè)像素分配關(guān)于與所述像素相關(guān)聯(lián)的基本濾光器的類型的信息。為此，處理裝置存儲(chǔ)用于將傳感器的每個(gè)像素與基本濾光器的類型相關(guān)聯(lián)的信息。該信息可以是反卷積矩陣的形式。因此，當(dāng)通過(guò)光電陰極時(shí)而損失的光譜信息由處理裝置140進(jìn)行恢復(fù)。

處理裝置140被配置成執(zhí)行如圖2所示的處理。

根據(jù)下面描述的第一實(shí)施例，處理裝置通過(guò)插入傳感器的所有全色像素來(lái)創(chuàng)建單色圖像。該圖像稱為“傳感器的單色圖像”。然后，處理裝置將傳感器分割成多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域在由相應(yīng)的全色像素檢測(cè)的光子或電子的通量方面是均勻的。

這種類型的分割的示例描述在S.Tripathi等人發(fā)表在國(guó)際計(jì)算機(jī)科學(xué)和管理研究雜志第1卷、第4期、2012年11月，第838-843頁(yè)，題為“圖像分割：概述(Image Segmentation:a review)”的論文。

處理裝置然后執(zhí)行如下步驟。

第一步驟280估算量該量表示由傳感器的分別對(duì)光子或電子敏感的區(qū)域中的全色像素接收和檢測(cè)的光子或電子的平均表面通量。

此量稱為“有用量”。有用量可以等于所述光子或電子的平均表面通量。如果傳感器130對(duì)光子敏感，則有用量可以是傳感器的區(qū)域中的全色像素上的平均亮度。因此，有用量可以是在傳感器的一組所謂全色像素上檢測(cè)到的光子或電子的平均表面通量。

因此，可以認(rèn)為有用量提供了對(duì)傳感器的所述區(qū)域上的照射的測(cè)量。

弱照射條件與(以絕對(duì)值的形式的)有用量的低值相關(guān)聯(lián)。強(qiáng)的照射條件與(以絕對(duì)值的形式的)有用量的高值相關(guān)聯(lián)。

強(qiáng)照射條件與例如與大于450μLux與550μLux(勒克司)之間的第一閾值的光照射相關(guān)聯(lián)。弱照射條件與例如小于介于400μLux與550μLux之間的第二閾值的光照射相關(guān)聯(lián)，并且第一閾值可以與第二閾值相等。如果第一閾值與第二閾值不相等，則第一閾值嚴(yán)格地大于第二閾值。

第二步驟281將有用數(shù)量和閾值F_th進(jìn)行比較。如果有用量大于閾值F_th，則傳感器區(qū)域處于強(qiáng)照射條件。如果有用量小于閾值F_th，則傳感器區(qū)域處于弱照射條件。

步驟280和步驟281一起形成確定傳感器130的區(qū)域是處于弱照射條件還是強(qiáng)照射條件的步驟。

例如，當(dāng)獲取由月亮(夜間級(jí)別1至3)照射的夜景圖像時(shí)，可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的照射。弱照射可以例如發(fā)生在獲取未被月亮照射的夜景圖像(夜間級(jí)別4至5，即，小于500μLux的光照度)期間。

如果區(qū)域處于強(qiáng)照射條件，則使用該區(qū)域的原色像素來(lái)形成該區(qū)域的彩色圖像(步驟282A)。據(jù)說(shuō)該裝置在強(qiáng)照射操作模式下進(jìn)行操作。

特別地，形成每個(gè)原色的圖像，并且將每個(gè)原色的圖像組合在一起。通過(guò)將該區(qū)域的與所述原色相關(guān)聯(lián)的像素進(jìn)行插值來(lái)形成原色圖像。插值可以克服給定原色的傳感器像素的小比例的問(wèn)題。原色的像素的插值包括使用這些像素的值來(lái)在如下情況下估算如果相鄰像素也是該原色的像素的話相鄰像素原本所具有的值。

可以對(duì)原色圖像進(jìn)行可選處理以對(duì)這些原色圖像進(jìn)行銳化(圖像銳化)。例如，可以通過(guò)如下方式來(lái)獲取區(qū)域的單色圖像：對(duì)該區(qū)域的全色像素進(jìn)行插值，并且(可能高通過(guò)濾之后)將該單色圖像與該相同區(qū)域的每個(gè)原色圖像組合。由于矩陣中全色像素的比例遠(yuǎn)大于原色像素的比例，因此改善了原色圖像的分辨率。

如果區(qū)域處于弱照射的條件，則使用該區(qū)域的全色像素形成所述區(qū)域的單色圖像。具體地，使用該區(qū)域的全色像素形成單色圖像(步驟282B)，而不使用該區(qū)域的原色像素來(lái)形成單色圖像。再次，可以通過(guò)對(duì)該區(qū)域中的全色像素進(jìn)行插值來(lái)獲得單色圖像。這被說(shuō)成該裝置在弱照射操作模式下進(jìn)行操作。

重要的是要注意弱照射和強(qiáng)照射之間的區(qū)別是基于根據(jù)傳感器的全色像素得到的測(cè)量值，因此，是對(duì)于由這樣的傳感器檢測(cè)的整個(gè)光譜而言得到的測(cè)量值，換句話說(shuō)，是對(duì)于至少所有可見(jiàn)光譜而言得到的測(cè)量值。

對(duì)于傳感器的每個(gè)先前所標(biāo)識(shí)的區(qū)域執(zhí)行這些步驟。

然后，對(duì)傳感器的不同區(qū)域的彩色圖像或單色圖像進(jìn)行組合以獲得來(lái)自整個(gè)傳感器的圖像。然后來(lái)自整個(gè)傳感器的圖像可以被顯示，或被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中以稍后進(jìn)行處理。

作為一種變型，形成每個(gè)強(qiáng)照射區(qū)域的彩色圖像，然后將對(duì)應(yīng)于這些強(qiáng)照射區(qū)域的區(qū)域替換為傳感器的用于分割的單色圖像中的這些區(qū)域的彩色圖像。

根據(jù)另一變型，線性組合由傳感器的單色圖像和這些彩色圖像組成。因此，彩色圖像和單色圖像被疊加在強(qiáng)照射區(qū)域中。

在上述示例中，傳感器的區(qū)域被單獨(dú)處理。作為一種變型，確定整個(gè)傳感器是處于弱照射條件還是強(qiáng)照射條件，并且以相同的方式處理整個(gè)傳感器。在這種情況下，沒(méi)有對(duì)傳感器的單色圖像進(jìn)行分割，并且也沒(méi)有對(duì)圖像進(jìn)行組合。步驟280、步驟281和步驟282A或步驟282B施加在傳感器的整個(gè)表面區(qū)域上。換句話說(shuō)，如上所述的傳感器區(qū)域?qū)?yīng)于整個(gè)傳感器。

因此，處理裝置140接收來(lái)自傳感器的信號(hào)作為輸入，存儲(chǔ)用于將傳感器中的每個(gè)像素與基本濾光器的類型相關(guān)聯(lián)的信息，并且提供由彩色圖像或者單色圖像、或者彩色圖像與單色圖像的組合構(gòu)成輸出。

因此，本發(fā)明公開(kāi)了一種圖像采集系統(tǒng)，該圖像采集系統(tǒng)被配置成在可能的情況下，根據(jù)傳感器的區(qū)域上所檢測(cè)的場(chǎng)景的照射來(lái)采集該傳感器的區(qū)域的彩色圖像。當(dāng)該照射變得不足時(shí)，該裝置提供該區(qū)域的從全色基本濾光器獲得的圖像，因此具有最小的能量損失。該裝置自動(dòng)選擇一種或另一種操作模式。

應(yīng)當(dāng)注意，在傳感器130上不存在基本濾光器的第二矩陣，因?yàn)榭紤]到處理期間傳感器的特定像素與光電陰極上游的特定基本濾光器相關(guān)是足夠的。因此，所獲得的結(jié)果是具有高能量效率的圖像采集裝置。

根據(jù)該第一實(shí)施例的第一變型，從一個(gè)操作模式到另一個(gè)操作模式的切換會(huì)發(fā)生滯后，以避免切換噪聲(顫動(dòng))。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，為從強(qiáng)照射模式到弱照射模式的過(guò)渡提供了有用量的第一閾值，并且為反向過(guò)渡提供了用于有用量的第二閾值，第一閾值被選擇為低于第二閾值。

根據(jù)第一實(shí)施例的第二變型，從一個(gè)模式到另一個(gè)模式的切換逐步地進(jìn)行，經(jīng)歷過(guò)渡階段。因此，當(dāng)有用量小于第一閾值時(shí)，圖像采集裝置在弱照射模式下操作，而在有用量大于被選擇為大于第一閾值的第二閾值時(shí)，則圖像采集裝置在強(qiáng)照射模式下操作。當(dāng)有用量介于第一閾值與第二閾值之間時(shí)，圖像采集裝置使通過(guò)在強(qiáng)照射模式下處理所獲得的圖像與通過(guò)在弱照射模式下處理所獲得的圖像進(jìn)行線性組合，加權(quán)系數(shù)分別由有用量與第一閾值的差值和有用量與第二閾值的差值來(lái)給出。

理想地，每個(gè)基本濾光器111與傳感器的至少一個(gè)像素131對(duì)準(zhǔn)，使得傳感器的與基本濾光器相關(guān)聯(lián)的每個(gè)像素僅接收對(duì)應(yīng)于該基本濾光器的光子或電子。然而，由于通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的裝置的傳播，可以存在空間擴(kuò)展，特別是由光電陰極發(fā)射的電子的通量的空間擴(kuò)展。該缺點(diǎn)可以通過(guò)初始校準(zhǔn)步驟來(lái)減輕，使得基本濾光器和傳感器像素之間的對(duì)準(zhǔn)缺陷可以在稍后得到補(bǔ)償。該校準(zhǔn)旨在對(duì)由于根據(jù)本發(fā)明的裝置的光學(xué)元件(光電陰極和可能的倍增裝置和熒光屏)的傳遞函數(shù)引起的輕微劣化進(jìn)行補(bǔ)償。在該校準(zhǔn)期間，基本濾光器矩陣被一個(gè)接著一個(gè)的(每個(gè)對(duì)應(yīng)于原色濾光器的原色之一)、不同的單色光束照射，并且傳感器130所接收到的信號(hào)被測(cè)量。下一步是推導(dǎo)出由處理裝置140存儲(chǔ)的去卷積矩陣。在操作期間，處理裝置140將傳感器發(fā)送的信號(hào)與反卷積矩陣相乘。因此，在乘以反卷積矩陣之后，信號(hào)被重建得像該信號(hào)原本在理想條件下由傳感器發(fā)射而沒(méi)有任何空間擴(kuò)展那樣。每個(gè)原色濾光器(以及，參見(jiàn)下文，可能的每個(gè)紅外濾光器，)優(yōu)選地被全色濾光器完全包圍。因此，在由光電陰極發(fā)射的電子通量進(jìn)行了空間擴(kuò)展的情況下，校準(zhǔn)過(guò)程被簡(jiǎn)化。

作為一種變型或補(bǔ)充，對(duì)構(gòu)成基本濾光器矩陣的濾光器的幾何形狀進(jìn)行校準(zhǔn)，以便補(bǔ)償所述空間擴(kuò)展造成的影響。在根據(jù)本發(fā)明的裝置(光電陰極和可能的倍增裝置和熒光屏)的光學(xué)元件發(fā)生變形之后，基本濾光器的圖像則完美地疊加在傳感器的一個(gè)或多個(gè)像素上。

相鄰基本濾光器之間的間隙有利地是不透明的，以便阻擋可能在沒(méi)有穿過(guò)基本濾光器的情況下會(huì)到達(dá)光電陰極的所有輻射。

圖3A和圖3B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的基本濾光器矩陣110的第一實(shí)施例的兩個(gè)變型。

在圖3A上，原色基本濾光器是紅色(R)濾光器、綠色(G)濾光器或藍(lán)色(B)濾光器。該矩陣包括75％的全色濾光器(W)。

矩陣110是通過(guò)對(duì)基本4×4圖案進(jìn)行二維周期重復(fù)來(lái)生成的：

該矩陣的變型可以通過(guò)對(duì)圖案(1)中的R濾光器、G濾光器、B濾光器進(jìn)行排列來(lái)獲得。紅色或藍(lán)色像素的數(shù)量是綠色像素的兩倍。當(dāng)組合三原色圖像以形成彩色圖像時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)募訖?quán)因子來(lái)校正這種不平衡。

圖3B中的矩陣對(duì)應(yīng)于圖3A中的矩陣，其中R原色濾光器、G原色濾光器、B原色濾光器由黃色(Ye)原色濾光器、品紅色(Ma)原色濾光器和青色(Cy)原色濾光器替代。此外，可以對(duì)Ye、Ma、Cy濾光器進(jìn)行排列。

根據(jù)圖3A中所示的矩陣的一個(gè)變型(未示出)，全色濾光器表示基本濾光器的50％，并且基本模式如下：

其中X＝R，G或B，Y＝R，G或B，并且Y≠X。

此外，可以對(duì)R濾光器、G濾光器、B濾光器進(jìn)行排列。

作為一種變型，模式(2)中的R濾光器、G濾光器、B濾光器由Ye濾光器、Ma濾光器、Cy濾光器代替。

圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置400的第一實(shí)施例。僅對(duì)圖4與圖1之間的差異進(jìn)行描述。在該實(shí)施例中，使用如上所述的校準(zhǔn)步驟是特別有利的。

裝置400基于“強(qiáng)化CMOS”(ICMOS)或“強(qiáng)化CCD”(ICCD)技術(shù)。

光電陰極420被放置真空管450內(nèi)部，該真空管450的類型為根據(jù)如在背景技術(shù)中描述的現(xiàn)有技術(shù)中的影響增強(qiáng)管中的真空管。真空管是指具體為管狀的真空腔。

真空管450具有輸入窗451，特別是對(duì)于可見(jiàn)光而言是透明的，并且對(duì)于近紅外光或甚至紅外光而言可能是透明的。輸入窗允許入射在光電陰極上的光子通量進(jìn)入真空管內(nèi)部。輸入窗可以特別地由玻璃制成。輸入窗優(yōu)選地是單個(gè)板。基本濾光器矩陣410粘合在輸入窗451的一個(gè)面上，并且優(yōu)選地粘合在真空管的內(nèi)部。光電陰極壓靠基本濾光器矩陣410?？梢栽谳斎氪吧?、圍繞基本濾光器矩陣410沉積金屬層(未示出)，以便形成用于施加靜電場(chǎng)的電接觸點(diǎn)。

在光電陰極420的下游具有如背景技術(shù)所描述的倍增裝置461和熒光屏462。

熒光屏發(fā)射被稱為有用通量的光子通量，該光子通量被傳感器430所接收。傳感器430是感光的。具體地，該傳感器可以是CCD(電荷耦合器件)傳感器或者CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器。在圖4上，傳感器430被示出在真空管內(nèi)，傳感器430與處理裝置440之間的電子連接穿過(guò)真空管。

處理裝置440按照參考圖2所述的方式進(jìn)行操作，有用量表示由傳感器430的全色像素檢測(cè)到的光子的表面通量。

傳感器430可以與熒光屏直接接觸，以限制由熒光屏發(fā)射的光子束的可能的空間擴(kuò)展。在這種情況下，傳感器430可以在真空管內(nèi)部，或者在真空管外部并且壓靠在由熒光屏形成的真空管的輸出面上。

傳感器430可以安裝在真空管450的外部。

特別地，光纖束可以將熒光屏與傳感器430的像素連接，光纖束形成真空管的輸出窗。這種光纖束特別適合于傳感器430的表面區(qū)域小于真空管的內(nèi)徑的情況。在這種情況下，每根光纖在熒光屏末端處的直徑大于該光纖在傳感器端的直徑。光纖束變薄，并且減少了熒光屏輸出的圖像。

圖5A和圖5B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置500的第二實(shí)施例的兩個(gè)變型。

僅對(duì)圖5A與圖1之間的差異進(jìn)行描述。

器件500基于EBCMOS(電子轟擊CMOS)技術(shù)。

光電陰極520位于真空管550內(nèi)。

真空管550具有輸入窗551，特別是對(duì)于可見(jiàn)光而言是透明的，并且對(duì)于近紅外光或甚至紅外光而言可能是透明的。

基本濾光器矩陣510粘合在輸入窗551的一個(gè)面上，并且優(yōu)選地粘合在真空管的內(nèi)部。

傳感器530位于真空管550內(nèi)部，并且直接接收由光電陰極發(fā)射的電子通量。

光電陰極520和傳感器530彼此相距幾毫米，并且將電勢(shì)差施加到光電陰極520和傳感器530，以在分隔它們的間隙中產(chǎn)生靜電場(chǎng)。該靜電場(chǎng)可以加速由光電陰極520朝向傳感器530發(fā)射的電子。

傳感器530對(duì)電子敏感。它通常是CMOS傳感器，適于使其對(duì)電子敏感。

根據(jù)第一變型，對(duì)電子敏感的傳感器的背面被照射。這可以使用具有薄化和鈍化(背部變薄)襯底的CMOS傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳感器可以包括鈍化層，其在光電陰極側(cè)形成外層。鈍化層沉積在減薄的襯底上。襯底接收檢測(cè)二極管，每個(gè)檢測(cè)二極管與傳感器的像素相關(guān)聯(lián)。

根據(jù)第二變型，在前側(cè)照射對(duì)電子敏感的傳感器。這可以使用CMOS傳感器來(lái)完成，其中對(duì)于該CMOS傳感器，對(duì)正面進(jìn)行處理，以去除覆蓋二極管的保護(hù)層。因此，標(biāo)準(zhǔn)CMOS傳感器的正面對(duì)電子敏感。處理裝置540按照參考圖2所述的方式進(jìn)行操作，有用量表示由傳感器530的全色像素檢測(cè)到的光子的表面通量。

圖5B示出了圖5A的裝置500的變型，其中，真空管550由接收基本濾光器矩陣的光纖束552封閉。

根據(jù)該變型，來(lái)自于待成像的場(chǎng)景的光子穿過(guò)光纖束552。光纖束552的第一端封閉真空管。光纖束552的第二端被設(shè)置成與待成像的場(chǎng)景相對(duì)。真空管不再具有輸入窗551，所述窗被光纖束所替代，使得真空管可以遠(yuǎn)離待成像的場(chǎng)景。

矩陣510中的每個(gè)基本濾光器與光纖束552中的一個(gè)光纖相關(guān)聯(lián)。特別地，每個(gè)基本濾光器直接地被固定到光纖的一端，有利地是被固定至與真空管相對(duì)的端部。在這種情況下，基本濾光器矩陣510位于真空管的外部，這簡(jiǎn)化了其安裝。

作為一種變型，每個(gè)基本濾光器在真空管的相同端部處直接固定到光纖的一端。可以按照相同的方式布置參考圖4描述的裝置的變型。

圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的基本濾光器矩陣的第二實(shí)施例。圖6中的基本濾光器矩陣與先前描述的矩陣的不同之處在于，圖6中的基本濾光器矩陣包括不透射光譜中的可見(jiàn)部分并且允許近紅外光通過(guò)的紅外(IR)濾光器。紅外濾光器允許近紅外線波長(zhǎng)通過(guò)，可能還有紅外波長(zhǎng)(波長(zhǎng)大于700nm)通過(guò)。特別地，紅外濾光器透射介于700nm與900nm之間，可能介于700nm與1100nm之間，甚至介于700nm與1700nm之間的光譜帶。

圖6中的濾光器矩陣與圖3A中的矩陣不同之處在于：基本圖案中的兩個(gè)綠色(G)像素中的一個(gè)被紅外(IR)像素代替。

圖6中的矩陣的不同變型可以通過(guò)以相同的方式形成，例如，從圖3B中的矩陣開(kāi)始并且將基本圖案中的兩個(gè)品紅色像素中的一個(gè)替代為紅外像素。

根據(jù)其他變型，使用如上定義的基本圖案(2)，定義X＝Y(jié)＝IR。

圖7示意性地示出了當(dāng)基本濾光器矩陣包括紅外像素時(shí)由根據(jù)本發(fā)明的處理裝置所執(zhí)行的處理。

步驟780、步驟781和步驟782B分別對(duì)應(yīng)于參考圖2描述的步驟280、步驟281和步驟282B。

當(dāng)傳感器的區(qū)域處于弱照射條件時(shí)，處理裝置對(duì)稱為次級(jí)量的量進(jìn)行測(cè)量，該次級(jí)量表示由該區(qū)域中的紅外像素檢測(cè)到的光子或電子平均表面通量(步驟783)。特別地，如果傳感器是光敏的，則該平均表面通量是光子的平均表面通量，或者如果傳感器對(duì)電子敏感，則該平均表面通量是平均表面通量。

處理裝置然后將該次級(jí)量與紅外閾值F_{IR th}進(jìn)行比較(步驟784)。

如果次級(jí)量小于紅外閾值F_{IR th}，則如在步驟282A的描述中參考圖2所描述的那樣建立區(qū)域的彩色圖像(步驟782A)。

如果次級(jí)量大于紅外閾值F_{IR th}，則建立該區(qū)域的偽彩色圖像，換句話說(shuō)，在該圖像中，給定顏色被分配給該區(qū)域中的紅外像素。偽彩色圖像可以通過(guò)對(duì)所考慮的區(qū)域的紅外像素進(jìn)行插值來(lái)構(gòu)建。因此，偽彩色圖像是具有不同于全色像素相關(guān)聯(lián)的單色圖像的顏色的單色圖像。然后，該偽彩色圖像被疊加到使用傳感器的相同區(qū)域的全色像素所獲得的單色圖像上。

偽彩色圖像的構(gòu)造的步驟以及偽彩色圖像與單色圖像的疊加的步驟一起形成步驟782C。

因此，對(duì)于弱照射條件下的區(qū)域，所獲得的結(jié)果將是如上所定義的單色圖像或疊加圖像。

總之，當(dāng)區(qū)域處于弱照射條件時(shí)，對(duì)該區(qū)域中的紅外像素是否具有大于預(yù)定紅外閾值的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，并且如果該區(qū)域中的紅外像素具有大于預(yù)定紅外閾值的強(qiáng)度，則將以偽色表示的紅外像素疊加在該區(qū)域的單色圖像上。該實(shí)施例對(duì)于激光檢測(cè)應(yīng)用是特別有利的。

根據(jù)第一變型，不針對(duì)整個(gè)區(qū)域計(jì)算單個(gè)次級(jí)量，而是針對(duì)區(qū)域中的每個(gè)紅外像素單獨(dú)計(jì)算次級(jí)量。只有其對(duì)應(yīng)的次級(jí)量大于紅外閾值的紅外像素才被疊加在根據(jù)全色像素獲得的單色圖像上。因此，如果傳感器區(qū)域在紅外范圍內(nèi)具有高強(qiáng)度，則容易在所得到的圖像中識(shí)別出該傳感器區(qū)域。

根據(jù)另一變型，識(shí)別所述傳感器區(qū)的子區(qū)域，通過(guò)這種方式，對(duì)紅外光譜中的像素或電子的均勻平均表面通量進(jìn)行檢測(cè)，然后按照如上所描述的那樣對(duì)每個(gè)子區(qū)域進(jìn)行處理。換句話說(shuō)，與紅外閾值的比較是針對(duì)傳感器的均勻子區(qū)域進(jìn)行的。通過(guò)對(duì)所述子區(qū)中的紅外像素進(jìn)行插值，針對(duì)傳感器的其次級(jí)量大于紅外閾值的每個(gè)子區(qū)獲得偽彩色圖像。然后將這些偽彩色圖像疊加在傳感器的區(qū)域的單色圖像上的相應(yīng)位置上?；谕ㄟ^(guò)對(duì)紅外像素進(jìn)行插值而產(chǎn)生的圖像進(jìn)行分割，以識(shí)別這些子區(qū)域?？傊?，當(dāng)區(qū)域處于弱照射條件時(shí)，識(shí)別該區(qū)域的在紅外光譜中具有均勻強(qiáng)度的子區(qū)域，并且對(duì)由此識(shí)別的每個(gè)子區(qū)域，確定該子區(qū)域中的平均紅外強(qiáng)度是否大于預(yù)定紅外閾值，并且如果該子區(qū)域中的平均紅外強(qiáng)度大于預(yù)定紅外閾值，則該子區(qū)域由該子區(qū)域中的基于該紅外像素的偽彩色圖像表示，所述子區(qū)域的偽彩色圖像于是被表示為與該區(qū)域的、所述子區(qū)域的偽彩色圖像所屬的單色圖像。

傳感器的紅外像素還可以用于改善最終彩色圖像的信噪比。當(dāng)傳感器的區(qū)域處于強(qiáng)照射條件時(shí)，這是通過(guò)傳感器的紅外像素的插值來(lái)產(chǎn)生該區(qū)域的紅外圖像來(lái)完成。然后將如參照?qǐng)D2所詳細(xì)描述的那樣而獲得的該區(qū)域的彩色圖像減去該紅外圖像。減去紅外圖像可以提高信噪比?？梢詫⒚總€(gè)原色圖像減去加權(quán)的紅外圖像，以避免飽和問(wèn)題。對(duì)于每個(gè)原色圖像而言，歸因于紅外圖像的加權(quán)系數(shù)可以相同或可以不同。由此獲得已經(jīng)去除了噪聲的原色圖像，并且將其組合以形成無(wú)噪聲的彩色圖像。因此，處理裝置被配置成執(zhí)行以下步驟：

計(jì)算所述有用量，以確定所述傳感器的至少一個(gè)區(qū)域是處于弱照射條件還是強(qiáng)光條件；

當(dāng)且僅當(dāng)所述區(qū)域處于強(qiáng)照射條件時(shí)，根據(jù)該區(qū)域的與原色濾光器相關(guān)聯(lián)的像素形成所述區(qū)域的彩色圖像，并且將該彩色圖像減去該區(qū)域的根據(jù)該區(qū)域的紅外像素而獲得的紅外圖像(例如，通過(guò)對(duì)所述紅外像素進(jìn)行插值)。