專利名稱：自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及寬動(dòng)態(tài)范圍成像方法及其裝置，尤其是自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在許多重要的應(yīng)用領(lǐng)域，固體成像器件(CCD/CMOS圖像傳感器)的動(dòng)態(tài)范圍起著至關(guān)重要的作用，動(dòng)態(tài)范圍越大，可探測(cè)的照度范圍越寬，產(chǎn)生的圖像細(xì)節(jié)越豐富。比如，在醫(yī)學(xué)影像診斷(CT、MRI等)中，要能準(zhǔn)確獲得圖像的亮度和對(duì)比度信息，CCD的動(dòng)態(tài)范圍必須高達(dá)212甚至216以上；在生物分子成像中，圖像的動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)220～232；在日常攝影中，陽(yáng)光下景物的動(dòng)態(tài)范圍也高達(dá)216以上。
而目前科學(xué)級(jí)CCD常溫下的動(dòng)態(tài)范圍僅為212左右，在冷卻條件下，其動(dòng)態(tài)范圍也只能擴(kuò)展至214～216，但其成本卻大大增加。普通型CCD和CMOS圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍就更小了，僅為28～210。因此，在大動(dòng)態(tài)范圍成像要求的領(lǐng)域，必須對(duì)固體成像器件采取一定的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展技術(shù)，才能獲取真實(shí)的、準(zhǔn)確的圖像信息。
固體成像器件的動(dòng)態(tài)范圍依賴于其可分辨的最小信號(hào)及可測(cè)量的最大信號(hào)。最小可分辨的信號(hào)一般由噪聲所限制，而最大可測(cè)量的信號(hào)與所采用的光敏單元的阱容有關(guān)。因此，提高阱容，降低噪聲就可以提高固體成像器件的動(dòng)態(tài)范圍，這也是科學(xué)級(jí)CCD的普遍措施，其缺點(diǎn)是CCD的像元尺寸變大、分辨率降低、成本增加。
若將像元的輸出電壓進(jìn)行對(duì)數(shù)編碼，使光電流-電壓轉(zhuǎn)換呈對(duì)數(shù)關(guān)系，以壓縮固體成像器件的轉(zhuǎn)換曲線，可以獲得比較寬的動(dòng)態(tài)范圍。但此時(shí)成像器件的固定模式噪聲很大，信噪比大大降低，獲取的圖像質(zhì)量較差。通過(guò)特殊的校正技術(shù)可以抑制固定模式噪聲，改善信噪比，但校正技術(shù)導(dǎo)致像元結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加。
采用兩次或多次曝光方法，可在獲得寬動(dòng)態(tài)范圍圖像的同時(shí)，保證較高的信噪比。兩次曝光方法指對(duì)同一幅目標(biāo)攝像兩次，即在較短時(shí)間積分后攝像一次，更長(zhǎng)積分時(shí)間后再攝像一次。從理論上說(shuō)，短積分時(shí)間采樣的圖像在阱飽和前捕獲了高照度區(qū)域，長(zhǎng)積分時(shí)間采樣的圖像在足夠的積分時(shí)間后，捕獲了低照度區(qū)域，因此所采樣的兩幅圖像可組合成一幅寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。且曝光次數(shù)越多，信號(hào)變化越均勻，動(dòng)態(tài)范圍越大。但此時(shí)圖像組合(非線性或級(jí)連)處理需在片外執(zhí)行，算法復(fù)雜，實(shí)時(shí)性差。
上述方法均采用像素陣列的全局曝光，不允許局部光照強(qiáng)度的改變。而采用局部曝光可以控制單獨(dú)像元的積分時(shí)間，使照度小的像元積分時(shí)間長(zhǎng)，照度大的像元積分時(shí)間短，因此擴(kuò)展了成像器件的動(dòng)態(tài)范圍。此方法雖然簡(jiǎn)單，但需要特殊的光學(xué)掩模來(lái)控制曝光，且每個(gè)像元需要較多的晶體管，局部曝光控制需要預(yù)知信息，圖像重構(gòu)處理十分繁雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)性好、信噪比高、動(dòng)態(tài)范圍大、成本低、實(shí)現(xiàn)方便的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法及其裝置。
本發(fā)明的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法，其特征是包括以下步驟1)物平面的景物經(jīng)第一成像光學(xué)系統(tǒng)獲得像方光線，像方光線經(jīng)分光系統(tǒng)分光，成像于圖像顯示器件的工作面；2)用第二成像光學(xué)系統(tǒng)將圖像顯示器件工作面上的圖像成像于固體成像器件的工作面，固體成像器件將其工作面上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并輸出到圖像信號(hào)處理單元；3)圖像信號(hào)處理單元判斷固體成像器件當(dāng)前像元是否飽和，計(jì)算固體成像器件與圖像顯示器件的像元位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將判斷信息及計(jì)算結(jié)果輸出給反射率/透射率控制單元，若沒(méi)有飽和，反射率/透射率控制單元保持該像元所對(duì)應(yīng)的圖像顯示器件像元的反射率或透射率不變；若已經(jīng)飽和，反射率/透射率控制單元?jiǎng)t使其對(duì)應(yīng)的圖像顯示器件像元的反射率或透射率降低1/2，此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，直至輸出圖像中的所有像元信號(hào)不再飽和，或達(dá)到預(yù)先設(shè)置的處理次數(shù)；4)將步驟3)處理后的圖像信號(hào)及反射率/透射率控制單元的控制參數(shù)存儲(chǔ)于圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元，并由顯示單元顯示圖像信號(hào)。
通常，為提高成像質(zhì)量，可采用消光系統(tǒng)消除圖像顯示器件工作面反射的雜散光。反射率/透射率控制單元采用二分法調(diào)節(jié)圖像顯示器件像元的反射率或透射率。
為上述自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍成像方法設(shè)計(jì)的裝置包括第一成像光學(xué)系統(tǒng)，分光系統(tǒng)，圖像顯示器件，第二成像光學(xué)系統(tǒng)，固體成像器件，圖像信號(hào)處理單元，圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元，反射率/透射率控制單元和顯示單元，分光系統(tǒng)設(shè)置在第一成像光學(xué)系統(tǒng)與圖像顯示器件之間的光路上，第二成像光學(xué)系統(tǒng)位于圖像顯示器件與固體成像器件的物像共軛光路之間，固體成像器件的輸出端與圖像信號(hào)處理單元的輸入端連接，圖像信號(hào)處理單元的控制信號(hào)輸出端與反射率/透射率控制單元的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元的圖像數(shù)據(jù)和參數(shù)輸出端與圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元的顯示信號(hào)輸出端與顯示單元的輸入端相連，反射率/透射率控制單元的輸出端與圖像顯示器件的輸入端相連。
上述的圖像顯示器件可以是反射式液晶顯示器件(LCD)，透射式液晶顯示器件(LCD)或微反射鏡陣列器件(DMD)。所說(shuō)的分光系統(tǒng)可以采用偏振分光器件(PBS)或由反射鏡或棱鏡組成的非偏振分光器件，圖像信號(hào)處理單元可采用商業(yè)化的數(shù)字信號(hào)處理器件(DSP)，反射率/透射率控制單元可采用商業(yè)化的可編程邏輯陣列器件，如CPLD器件或FPGA器件。
本發(fā)明的工作過(guò)程如下物平面上的目標(biāo)經(jīng)第一成像光學(xué)系統(tǒng)成像至圖像顯示器件的工作面上，位于第一成像光學(xué)系統(tǒng)與圖像顯示器件的光路之間的分光系統(tǒng)，用來(lái)分離入射到圖像顯示器件的光線和入射到固體成像器件的光線。圖像顯示器件工作面上的圖像再經(jīng)第二成像光學(xué)系統(tǒng)成像于固體成像器件的工作面，固體成像器件將其工作面上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并輸出到圖像信號(hào)處理單元，由圖像信號(hào)處理單元判斷固體成像器件當(dāng)前像元是否飽和，計(jì)算固體成像器件與圖像顯示器件的像元位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將判斷信息及計(jì)算結(jié)果輸出給反射率/透射率控制單元，若沒(méi)有飽和，反射率/透射率控制單元保持該像元所對(duì)應(yīng)的圖像顯示器件像元的反射率或透射率不變；若已經(jīng)飽和，反射率/透射率控制單元?jiǎng)t使其對(duì)應(yīng)的圖像顯示器件像元的反射率或透射率降低1/2，此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，直至輸出圖像中的所有像元信號(hào)不再飽和，或達(dá)到預(yù)先設(shè)置的處理次數(shù)，此時(shí)圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元保存圖像信號(hào)處理單元處理后的圖像信號(hào)及圖像顯示器件每個(gè)像元的反射率或透射率控制參數(shù)。因此，固體成像器件每個(gè)像元的輸出信號(hào)與圖像顯示器件相應(yīng)像元的反射率或透射率構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，負(fù)反饋控制由圖像信號(hào)處理單元與反射率/透射率控制單元共同實(shí)現(xiàn)，可智能化、自適應(yīng)地調(diào)節(jié)成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
當(dāng)圖像顯示器件選用美國(guó)TI公司的微反射鏡陣列器件(DMD)時(shí)，分光系統(tǒng)必須采用由反射鏡或棱鏡組成的非偏振分光器件。因?yàn)槲⒎瓷溏R陣列器件(DMD)由微反射鏡陣列組成，通過(guò)脈寬調(diào)制PWM方式改變每個(gè)微反射鏡的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而改變相應(yīng)的反射率，所以像方入射光線必須以斜入射方式到達(dá)微反射鏡陣列器件(DMD)的反射面。此時(shí)第一成像光學(xué)系統(tǒng)為像方遠(yuǎn)心成像鏡頭，保證視場(chǎng)內(nèi)像方主光線到達(dá)微反射鏡陣列器件(DMD)的入射角均相同。為提高成像質(zhì)量，可在微反射鏡陣列器件(DMD)旁邊放置消光系統(tǒng)，消除不需要的反射光線。
圖像顯示器件還可以采用反射式液晶顯示器件(LCD)，如LCOS器件，此時(shí)分光系統(tǒng)需采用偏振分光器件(PBS)。
圖像顯示器件也可采用透射式液晶顯示器件(LCD)，此時(shí)分光系統(tǒng)需采用偏振分光器件(PBS)，同時(shí)光學(xué)系統(tǒng)需設(shè)計(jì)成透射布局。
當(dāng)圖像顯示器件采用反射式液晶顯示器件(LCD)或透射式液晶顯示器件(LCD)時(shí)，對(duì)第一成像光學(xué)系統(tǒng)無(wú)特殊要求。
當(dāng)圖像顯示器件的分辨率與固體成像器件的分辨率相同時(shí)，圖像信號(hào)處理單元計(jì)算得到的固體成像器件與圖像顯示器件的像元位置對(duì)應(yīng)關(guān)系為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)圖像顯示器件的分辨率與固體成像器件的分辨率不相同時(shí)，圖像信號(hào)處理單元計(jì)算得到的固體成像器件與圖像顯示器件的像元位置對(duì)應(yīng)關(guān)系為比例對(duì)應(yīng)關(guān)系。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)首先是動(dòng)態(tài)范圍大，目前商用圖像顯示器件和固體成像器件的動(dòng)態(tài)范圍一般均在28～210，本發(fā)明的動(dòng)態(tài)范圍將是圖像顯示器件和固體成像器件動(dòng)態(tài)范圍的乘積，因此可高達(dá)216～220。若選用的圖像顯示器件和固體成像器件動(dòng)態(tài)范圍能達(dá)到212～216，本發(fā)明的動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)224～232。
本發(fā)明的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是處理速度快。圖像信號(hào)處理單元的核心部件可選用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，實(shí)時(shí)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行處理(每秒30幀)，若圖像顯示器件的動(dòng)態(tài)范圍為210，反射率/透射率控制單元采用二分法調(diào)節(jié)每個(gè)像元的反射率/透射率，則飽和像元反射/透射至固體成像器件的光強(qiáng)將在1/3秒鐘之內(nèi)降低至最初的1/210，即本發(fā)明會(huì)在非常短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)將單個(gè)像元的曝光由最亮調(diào)節(jié)至最暗，自適應(yīng)地實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展。
本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成本低。因?yàn)閳D像信號(hào)處理單元的算法簡(jiǎn)單，主要是像元灰度與飽和閾值的比較以及像元的位置坐標(biāo)定位，因此本發(fā)明只需采用廉價(jià)的定點(diǎn)DSP芯片和可編程邏輯陣列(CPLD)就可以實(shí)現(xiàn)成像裝置的快速自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展。
本發(fā)明的第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)是信噪比無(wú)損失。因?yàn)楦淖兊氖菆D像顯示器件的反射率，絲毫不影響固體成像器件的信噪比，因此獲得的圖像質(zhì)量高。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、生物分子影像、工業(yè)監(jiān)控、高性能攝影、軍事偵察、天文觀測(cè)等各種大動(dòng)態(tài)范圍成像領(lǐng)域，具有實(shí)時(shí)性好、信噪比無(wú)損失、調(diào)節(jié)范圍大、成本低、實(shí)現(xiàn)方便的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的一種具體構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明的第二種具體構(gòu)成示意圖，圖中，p表示p偏振光，s表示s偏振光；圖3為本發(fā)明的第三種具體構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置包括第一成像光學(xué)系統(tǒng)1，分光系統(tǒng)2，圖像顯示器件3，第二成像光學(xué)系統(tǒng)4，固體成像器件5，圖像信號(hào)處理單元6，圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7，反射率/透射率控制單元8和顯示單元9，分光系統(tǒng)2設(shè)置在第一成像光學(xué)系統(tǒng)1與圖像顯示器件3之間的光路上，在圖像顯示器件3與固體成像器件5之間設(shè)有第二成像光學(xué)系統(tǒng)4，圖像顯示器件3的工作面與固體成像器件5的工作面互為物像共軛，固體成像器件5的輸出端與圖像信號(hào)處理單元6的輸入端連接，圖像信號(hào)處理單元6的控制信號(hào)輸出端與反射率/透射率控制單元8的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元6的圖像數(shù)據(jù)和參數(shù)輸出端與圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元6的顯示信號(hào)輸出端與顯示單元9的輸入端相連，反射率/透射率控制單元8的輸出端與圖像顯示器件3的輸入端相連。圖示具體實(shí)例中，圖像顯示器件3選用微反射鏡陣列器件(DMD)，在微反射鏡陣列器件(DMD)的旁邊設(shè)置消光系統(tǒng)10，消光系統(tǒng)可采用表面發(fā)黑的光闌；分光系統(tǒng)2為由反射鏡組成的非偏振分光器件，或?yàn)橛衫忡R組成的非偏振分光器件；第一成像光學(xué)系統(tǒng)1為像方遠(yuǎn)心成像鏡頭；圖像信號(hào)處理單元6采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)；反射率/透射率控制單元由可編程邏輯陣列器件實(shí)現(xiàn)。
物平面上的目標(biāo)由第一成像光學(xué)系統(tǒng)1成像于微反射鏡陣列器件(DMD)3的工作面，在此過(guò)程中，光線先到達(dá)分光系統(tǒng)2，然后斜入射至微反射鏡陣列器件(DMD)3的工作面。微反射鏡陣列器件(DMD)的每個(gè)微反射鏡均處于開(kāi)(on)狀態(tài)，這樣，光線再一次被微反射鏡陣列器件(DMD)反射，經(jīng)第二成像光學(xué)系統(tǒng)4成像于固體成像器件5的工作面。固體成像器件5輸出的信號(hào)進(jìn)入圖像信號(hào)處理單元6，由圖像信號(hào)處理單元6判斷當(dāng)前像元信號(hào)是否飽和。若沒(méi)有飽和，則微反射鏡陣列器件(DMD)3的相應(yīng)像元微反射鏡狀態(tài)不變，反射率/透射率控制單元8保持當(dāng)前施加的控制電壓；若當(dāng)前像元信號(hào)已飽和，則圖像信號(hào)處理單元6立刻計(jì)算出當(dāng)前像元在固體成像器件所處的行列位置坐標(biāo)及它對(duì)應(yīng)的微反射鏡行列位置坐標(biāo)，并通過(guò)反射率/透射率控制單元8，以脈寬調(diào)制(PWM)方式改變?cè)撓裨鶎?duì)應(yīng)的微反射鏡陣列器件(DMD)的微反射鏡狀態(tài)，使其處于開(kāi)關(guān)(on-off)交替狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)微反射鏡陣列器件(DMD)的微反射鏡處于關(guān)(off)狀態(tài)時(shí)，光線將以另一角度被反射至消光系統(tǒng)10，不能到達(dá)固體成像器件5，通過(guò)調(diào)節(jié)反射率/透射率控制單元8輸出端的脈寬調(diào)制(PWM)占空比，即可實(shí)現(xiàn)反射率降低至1/2的功能。此過(guò)程反復(fù)執(zhí)行，直至輸出圖像中的所有像元信號(hào)不再飽和，或達(dá)到預(yù)先設(shè)置的處理次數(shù)，此時(shí)圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7保存處理后的圖像信號(hào)及每個(gè)微反射鏡的反射率控制參數(shù)，顯示單元9顯示圖像信號(hào)。
參照?qǐng)D2，自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍成像方法的裝置包括第一成像光學(xué)系統(tǒng)1，分光系統(tǒng)2，圖像顯示器件3，第二成像光學(xué)系統(tǒng)4，固體成像器件5，圖像信號(hào)處理單元6，圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7，反射率/透射率控制單元8和顯示單元9。分光系統(tǒng)2設(shè)置在第一成像光學(xué)系統(tǒng)1與圖像顯示器件3之間的光路上，第二成像光學(xué)系統(tǒng)4位于圖像顯示器件3與固體成像器件5的物像共軛光路之間，固體成像器件5的輸出端與圖像信號(hào)處理單元6的輸入端連接，圖像信號(hào)處理單元6的控制信號(hào)輸出端與反射率/透射率控制單元8的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元6的圖像數(shù)據(jù)和參數(shù)輸出端與圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元6的顯示信號(hào)輸出端與顯示單元9的輸入端相連，反射率/透射率控制單元8的輸出端與圖像顯示器件3的輸入端相連。
此例中，圖像顯示器件3選用反射式液晶顯示器件(LCD)，分光系統(tǒng)2為偏振分光器件(PBS)。由于偏振分光器件(PBS)的分光特性，此時(shí)僅物方光線的p偏振分量透過(guò)偏振分光器件(PBS)到達(dá)反射式液晶顯示器件(LCD)的工作面，s偏振分量被偏振分光器件(PBS)反射而損失掉。反射式液晶顯示器件(LCD)施加最大控制電壓，由于液晶的電光效應(yīng)，p偏振光將被轉(zhuǎn)變成s偏振光，被偏振分光器件(PBS)再次反射，經(jīng)成像光學(xué)系統(tǒng)4到達(dá)固體成像器件5的工作面。由固體成像器件5輸出的信號(hào)進(jìn)入圖像信號(hào)處理單元6，判斷當(dāng)前像元信號(hào)是否飽和。若沒(méi)有飽和，則反射式液晶顯示器件(LCD)3的相應(yīng)像元狀態(tài)不變，反射率/透射率控制單元8保持當(dāng)前施加的控制電壓；若當(dāng)前像元信號(hào)已飽和，則圖像信號(hào)處理單元6立刻計(jì)算出當(dāng)前像元在固體成像器件所處的行列位置坐標(biāo)及它對(duì)應(yīng)的反射式液晶顯示器件(LCD)像元行列位置坐標(biāo)，并通過(guò)反射率/透射率控制單元8改變?cè)撓裨鶎?duì)應(yīng)的像元電壓，實(shí)現(xiàn)反射率降低至1/2的功能。此過(guò)程反復(fù)執(zhí)行，直至輸出圖像中的所有像元信號(hào)不再飽和，或達(dá)到預(yù)先設(shè)置的處理次數(shù)，此時(shí)圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7保存處理后的圖像信號(hào)及反射式液晶顯示器件(LCD)每個(gè)像元的反射率控制參數(shù)，顯示單元9顯示圖像信號(hào)。
圖3所示具體實(shí)例中，圖像顯示器件3選用透射式液晶顯示器件(LCD)，設(shè)置在第一成像光學(xué)系統(tǒng)1與圖像顯示器件3之間的分光系統(tǒng)2為偏振分光器件(PBS)，物平面上的目標(biāo)由第一成像光學(xué)系統(tǒng)1成像于透射式液晶顯示器件(LCD)的工作面，在此過(guò)程中，光線先到達(dá)分光系統(tǒng)2，然后入射至透射式液晶顯示器件(LCD)的工作面。位于圖像顯示器件3與固體成像器件5的物像共軛光路之間的第二成像光學(xué)系統(tǒng)4再次將透射式液晶顯示器件(LCD)工作面上的圖像成像于固體成像器件5的工作面。固體成像器件5輸出的信號(hào)進(jìn)入圖像信號(hào)處理單元6，由圖像信號(hào)處理單元6判斷當(dāng)前像元信號(hào)是否飽和。若沒(méi)有飽和，則透射式液晶顯示器件(LCD)3的相應(yīng)像元狀態(tài)不變，反射率/透射率控制單元8保持當(dāng)前施加的控制電壓；若當(dāng)前像元信號(hào)已飽和，則圖像信號(hào)處理單元6立刻計(jì)算出當(dāng)前像元在固體成像器件所處的行列位置坐標(biāo)及它對(duì)應(yīng)的透射式液晶顯示器件(LCD)像元行列位置坐標(biāo)，并通過(guò)反射率/透射率控制單元8改變?cè)撓裨鶎?duì)應(yīng)的像元電壓，實(shí)現(xiàn)透射率降低至1/2的功能。此過(guò)程反復(fù)執(zhí)行，直至輸出圖像中的所有像元信號(hào)不再飽和，或達(dá)到預(yù)先設(shè)置的處理次數(shù)，此時(shí)圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元7保存處理后的圖像信號(hào)及透射式液晶顯示器件(LCD)每個(gè)像元的透射率控制參數(shù)，顯示單元9顯示圖像信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法，其特征是包括以下步驟1)物平面的景物經(jīng)第一成像光學(xué)系統(tǒng)(1)獲得像方光線，像方光線經(jīng)分光系統(tǒng)(2)分光，成像于圖像顯示器件(3)的工作面；2)用第二成像光學(xué)系統(tǒng)(4)將圖像顯示器件(3)工作面上的圖像成像于固體成像器件(5)的工作面，固體成像器件(5)將其工作面上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并輸出到圖像信號(hào)處理單元(6)；3)圖像信號(hào)處理單元(6)判斷固體成像器件(5)當(dāng)前像元是否飽和，計(jì)算固體成像器件(5)與圖像顯示器件(3)的像元位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，并將判斷信息及計(jì)算結(jié)果輸出給反射率/透射率控制單元(8)，若沒(méi)有飽和，反射率/透射率控制單元(8)保持該像元所對(duì)應(yīng)的圖像顯示器件(3)像元的反射率或透射率不變；若已經(jīng)飽和，反射率/透射率控制單元(8)則使其對(duì)應(yīng)的圖像顯示器件(3)像元的反射率或透射率降低1/2，此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，直至輸出圖像中的所有像元信號(hào)不再飽和，或達(dá)到預(yù)先設(shè)置的處理次數(shù)；4)將步驟3)處理后的圖像信號(hào)及反射率/透射率控制單元(8)的控制參數(shù)存儲(chǔ)于圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元(7)，并由顯示單元(9)顯示圖像信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法，其特征是采用消光系統(tǒng)(10)消除圖像顯示器件(3)工作面反射的雜散光。
3.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法，其特征是反射率/透射率控制單元(8)采用二分法調(diào)節(jié)圖像顯示器件(3)像元的反射率或透射率。
4.用于權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍成像方法的裝置，其特征是包括第一成像光學(xué)系統(tǒng)(1)，分光系統(tǒng)(2)，圖像顯示器件(3)，第二成像光學(xué)系統(tǒng)(4)，固體成像器件(5)，圖像信號(hào)處理單元(6)，圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元(7)，反射率/透射率控制單元(8)和顯示單元(9)，分光系統(tǒng)(2)設(shè)置在第一成像光學(xué)系統(tǒng)(1)與圖像顯示器件(3)之間的光路上，第二成像光學(xué)系統(tǒng)(4)位于圖像顯示器件(3)與固體成像器件(5)的物像共軛光路之間，固體成像器件(5)的輸出端與圖像信號(hào)處理單元(6)的輸入端連接，圖像信號(hào)處理單元(6)的控制信號(hào)輸出端與反射率/透射率控制單元(8)的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元(6)的圖像數(shù)據(jù)和參數(shù)輸出端與圖像信號(hào)存儲(chǔ)單元(7)的輸入端相連，圖像信號(hào)處理單元(6)的顯示信號(hào)輸出端與顯示單元(9)的輸入端相連，反射率/透射率控制單元(8)的輸出端與圖像顯示器件(3)的輸入端相連。
5.按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置，其特征是圖像顯示器件(3)為反射式液晶顯示器件，透射式液晶顯示器件或微反射鏡陣列器件。
6.按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置，其特征是分光系統(tǒng)(2)為偏振分光器件或是由反射鏡或棱鏡組成的非偏振分光器件。
7.按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置，其特征是第一成像光學(xué)系統(tǒng)(1)為像方遠(yuǎn)心成像鏡頭。
8.按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置，其特征是圖像信號(hào)處理單元(6)為數(shù)字信號(hào)處理器件。
9.按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置，其特征是反射率/透射率控制單元(8)為可編程邏輯陣列器件。
10.按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像裝置，其特征是在圖像顯示器件(3)的旁邊設(shè)置用于消除圖像顯示器件(3)工作面反射的雜散光的消光系統(tǒng)(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及自適應(yīng)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的成像方法及其裝置。該方法采用第一成像光學(xué)系統(tǒng)將物平面的景物成像于圖像顯示器件的工作面，此圖像經(jīng)第二成像光學(xué)系統(tǒng)再次成像于固體成像器件的工作面，由固體成像器件將其工作面上的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并輸出到圖像信號(hào)處理單元，圖像信號(hào)處理單元判斷固體成像器件當(dāng)前像元是否飽和，計(jì)算固體成像器件與圖像顯示器件的像元位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，反射率/透射率控制單元根據(jù)圖像信號(hào)處理單元的判斷信息及計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像顯示器件的反射率或透射率。本發(fā)明具有實(shí)時(shí)性好、信噪比無(wú)損失、調(diào)節(jié)范圍大、成本低、實(shí)現(xiàn)方便的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、生物分子影像、軍事偵察等各種大動(dòng)態(tài)范圍成像領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04N5/238GK1703079SQ20051005021
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者王立強(qiáng), 陸祖康, 吳碧珍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 浙江金成科技發(fā)展有限公司