專利名稱：使黑白ccd實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用三色發(fā)光二極管使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法和裝置。
三管CCD彩色分光系統(tǒng)是采用分光棱鏡將成像光束分為紅、綠、蘭三束光(見

圖1)，并將它們分別成像在三個(gè)黑白CCD上，每一個(gè)CCD各將一種色彩的光強(qiáng)度信息記錄在存儲器上，再通過軟件合成、處理，從而完成彩色景物的攝像或攝影，這種系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、工藝性差、成本高。
彩色CCD系統(tǒng)是在CCD的每一個(gè)象素晶片上加上不同的濾色器排列成棋盤式(見圖2)。由于彩色CCD制造工藝的特殊性，無法做到用三基色分色和還原。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法包括以下步驟(1)用不同的顏色光源照射被觀察目標(biāo)來代替不同顏色的濾色片來分離和單獨(dú)獲取被觀察目標(biāo)的顏色信息；(2)將單獨(dú)獲取的被觀察目標(biāo)的顏色信息形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
所述的方法具體包括以下步驟
(1)三色發(fā)光二極管作為照明光源，輪換發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上。
(2)CCD或CMOS接收的第一個(gè)周期的信息記錄為紅色圖、CCD或CMOS接收的第二個(gè)周期的信息記錄為綠色圖、CCD或CMOS接收的第三個(gè)周期的信息記錄為藍(lán)色圖。
(3)三次記錄的單色圖形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
上述步驟1中的三色發(fā)光二極管受電子閥門控制進(jìn)行頻閃，頻閃依次為紅、綠、藍(lán)、紅、綠、藍(lán)…三種單色光，頻率為1/75，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上，同一顏色的閃動(dòng)頻率為1/25秒，即閃動(dòng)隔二次為一顏色周期。
所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實(shí)現(xiàn)同步。
上述步驟1中由手動(dòng)控制三色二極管發(fā)光。
上述方法中使用的裝置包括在光路上依次設(shè)置的三色發(fā)光二極管、均勻照明系統(tǒng)、成像物鏡、CCD接口物鏡和圖像傳感器，其中三色發(fā)光二極管經(jīng)發(fā)光控制裝置控制，輪換發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)照射在被觀察物體上，被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡成像后，由CCD接口物鏡成像到圖像傳感器上，再傳輸至圖像處理裝置，由其中的專業(yè)軟件將代表3個(gè)基色的黑白圖像，處理為彩色圖像。
所述的發(fā)光控制裝置包括接收頻閃頻率和周期信息的電子閥門，通過接收信息從而控制三色發(fā)光二極管發(fā)光。
所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實(shí)現(xiàn)同步。
所述的均勻照明系統(tǒng)可以依次由集光透鏡組、復(fù)眼透鏡組和聚光鏡組組成，三色發(fā)光二極管與組成復(fù)眼透鏡組的各個(gè)透鏡的軸心平行。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果1、從上述分析我們得知彩色CCD系統(tǒng)是由4個(gè)象素組成一個(gè)象元。因此它的真實(shí)分辨率降低了4倍。三色發(fā)光二極管與黑白CCD是一個(gè)象素代表一個(gè)象元。因此，同樣的象素它比前者高4倍。例如它是200萬象素就相當(dāng)于彩色CCD系統(tǒng)的800萬象素質(zhì)量。因此有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
2、黑白CCD不用在CCD的每一個(gè)象素晶片上加不同的濾色器，比彩色CCD制工藝性好價(jià)格低。
3、彩色CCD系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生偽彩色，比如說一個(gè)極小的白點(diǎn)落在紅象素晶片上它會(huì)成為一個(gè)紅點(diǎn)，這就是產(chǎn)生偽彩色的原因。因此有的彩色CCD系統(tǒng)加入用二片石英鏡片組成的低通片。使用低通片會(huì)造成成像清晰度的降低。用三色發(fā)光二極管結(jié)合黑白CCD所構(gòu)成的系統(tǒng)就不存在偽彩色的現(xiàn)象，成像質(zhì)量有保證，又降低成本。
如圖3所示，本發(fā)明采用三色發(fā)光二極管1作為照明光源，通過電子閥門7使具有發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光功能的三色發(fā)光二極管1輪換發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光，通過由復(fù)眼透鏡和聚光鏡系統(tǒng)組成的復(fù)眼結(jié)構(gòu)的均勻照明系統(tǒng)2，均勻地照射在被觀察的物體3上。被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡4成像后，由CCD接口物鏡5成像到黑白CCD或者CMOS接收面圖像傳感器6上，通過前述的圖像傳感器6本身、或者外圍電路處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像信號，傳輸至圖像處理裝置8獲得代表3個(gè)基色的黑白圖像，進(jìn)行形合，處理成為彩色圖像。該圖像處理裝置8可以是計(jì)算機(jī)內(nèi)的專業(yè)圖像處理軟件(已有技術(shù))。這期間，三色發(fā)光二極管1的電子閥門7和圖像傳感器6所連接的計(jì)算機(jī)連接在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)電子閥門7的顏色發(fā)射和計(jì)算機(jī)中專業(yè)圖像處理軟件的顏色跟蹤處理同步。
如圖4所示，上述的均勻照明系統(tǒng)2依次包括集光透鏡組21、復(fù)眼透鏡組23和聚光鏡組25，三色發(fā)光二極管1與附屬的集光和聚光透鏡組的光軸心重合或平行，該軸心與組成復(fù)眼透鏡組23的各個(gè)透鏡的軸心平行，復(fù)眼透鏡組23前設(shè)置的可變光闌22和聚光鏡組25前設(shè)置的可變光闌24可以控制照明光束的孔徑角，便于對相應(yīng)的物鏡的孔徑角進(jìn)行匹配。
獲取彩色圖形有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種方式。
所述的動(dòng)態(tài)方式通過計(jì)算機(jī)8控制電子閥門7使三色發(fā)光二極管1進(jìn)行頻閃，頻率為1/75秒(注三色發(fā)光二極管頻率響應(yīng)可達(dá)1000Hz)。頻閃依次為紅、綠、藍(lán)、紅、綠、藍(lán)…。同一顏色的閃動(dòng)頻率為1/25秒，即閃動(dòng)隔二次為一顏色周期。CCD或CMOS接收的第一個(gè)周期的信息記錄為紅色圖、CCD或CMOS接收的第二個(gè)周期的信息記錄為綠色圖、CCD或CMOS接收的第三個(gè)周期的信息記錄為蘭色圖。三次記錄的單色圖形合，通過計(jì)算機(jī)8處理便獲得所需彩色圖形。這樣的頻率，人眼感覺不出有什么變化。
所述的靜態(tài)方式人工控制開紅燈，CCD或CMOS接收的信息記錄為紅色圖；開綠燈，CCD或CMOS接收的信息記錄為綠色圖；開蘭燈，CCD或CMOS接收的信息記錄為蘭色圖，同樣三次記錄的單色圖形合，處理后便獲得所需要的彩色圖形。
權(quán)利要求
1.一種使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于包括以下步驟(1)用不同的顏色光源照射被觀察目標(biāo)來代替不同顏色的濾色片來分離和單獨(dú)獲取被觀察目標(biāo)的顏色信息；(2)將單獨(dú)獲取的被觀察目標(biāo)的顏色信息形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于(1)三色發(fā)光二極管作為照明光源，輪換發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上。(2)CCD或CMOS接收的第一個(gè)周期的信息記錄為紅色圖、CCD或CMOS接收的第二個(gè)周期的信息記錄為綠色圖、CCD或CMOS接收的第三個(gè)周期的信息記錄為藍(lán)色圖。(3)三次記錄的單色圖形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于上述步驟1中的三色發(fā)光二極管受電子閥門控制進(jìn)行頻閃，頻閃依次為紅、綠、藍(lán)、紅、綠、藍(lán)…三種單色光，頻率為1/75，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上，同一顏色的閃動(dòng)頻率為1/25秒，即閃動(dòng)隔二次為一顏色周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實(shí)現(xiàn)同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于上述步驟1中由手動(dòng)控制三色二極管發(fā)光。
6.使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于在光路上依次設(shè)置三色發(fā)光二極管、均勻照明系統(tǒng)、成像物鏡、CCD接口物鏡和圖像傳感器，其中三色發(fā)光二極管經(jīng)發(fā)光控制裝置控制，輪換發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)照射在被觀察物體上，被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡成像后，由CCD接口物鏡成像到黑白CCD或者CMOS接收面圖像傳感器上，再傳輸至圖像處理裝置，由其中的專業(yè)軟件將代表3個(gè)基色的黑白圖像形合，處理為彩色圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于所述的發(fā)光控制裝置包括接收頻閃頻率和周期信息的電子閥門，通過接收信息從而控制三色發(fā)光二極管發(fā)光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實(shí)現(xiàn)同步。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于所述的均勻照明系統(tǒng)可以依次由集光透鏡組、復(fù)眼透鏡組和聚光鏡組組成，三色發(fā)光二極管與組成復(fù)眼透鏡組的各個(gè)透鏡的軸心平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使黑白CCD實(shí)現(xiàn)彩色功能的方法，主要用不同的顏色光源照射被觀察目標(biāo)來代替不同顏色的濾色片來分離和單獨(dú)獲取被觀察目標(biāo)的顏色信息；該方法中涉及的裝置包括在光路上依次設(shè)置三色發(fā)光二極管、均勻照明系統(tǒng)、成像物鏡、CCD接口物鏡和圖像傳感器，由發(fā)光控制裝置控制三色發(fā)光二極管輪換發(fā)射紅、綠、藍(lán)三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)照射在被觀察物體上，被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡成像后，由CCD接口物鏡成像到黑白CCD或者CMOS接收面圖像傳感器上，再傳輸至圖像處理裝置，將代表3個(gè)基色的黑白圖像形合，處理為彩色圖像，該方法和裝置中使用的黑白CCD比彩色CCD制工藝性好，成本較低，且成像清晰度高，不存在偽彩色的現(xiàn)象。
文檔編號H04N1/04GK1471299SQ0213801
公開日2004年1月28日 申請日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者楊澤聲 申請人:麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司, 楊澤聲