一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107302668A(43)申请公布日2017.10.27(21)申请号201710704693.6(22)申请日2017.08.17(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市德雅路109号(72)发明人于起峰刘肖琳张小虎刘海波(74)专利代理机构湖南省国防科技工业局专利中心43102代理人冯青(51)Int.Cl.H04N5/235(2006.01)H04N9/04(2006.01)G06T7/80(2017.01)权利要求书1页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块(57)摘要本发明涉及一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块。通过主镜、多个适配器和多台相机的结合，采用分光比、光强透过率、镜头光圈、相机曝光时间等参数的动态调节技术和多源图像高动态合成技术，实现场景光强极端变化条件下大动态范围的清晰成像，解决高动态范围成像所需要的曝光量动态调整问题，在光测中实现目标高质量成像具有重要意义。CN107302668ACN107302668A权利要求书1/1页1.一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块，包括动态分光装置，其特征在于，所述动态分光装置包括主镜(1)、适配器(2)、分光转轮空间光调制器(4)、相机(7)、计算机主控界面(8)，其中适配器包含动态可调分光机构(5)及光强动态可调机构(6)，适配器位于主镜与相机之间，所述分光转轮空间光调制器位于主镜末端，适配器前端；所述适配器的数量与相机数量一致；所述各相机发出同步信号，各相机的同步信号将由各相机的采集卡产生；所述计算机完成相机的图像采集及高动态范围图像的合成；高动态范围图像合成过程为：相机内外参数标定→多曝光图像对齐→图像质量评价→高动态图像融合。2.根据权利要求1所述的一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块，其特征在于，所述相机内外参数标定采用相机曝光量动态调整策略，具体为：相机曝光量动态调整包括调整光圈大小、分光比调整、光强通过率调整、相机曝光时间/增益调整，最终实现任意相机的多段准连续曝光量动态调整；相机(m,n)，第m个主镜的第n个相机，所获得的曝光量相对值如下式，此处假设相机的增益系数均一致：RHm,n＝E0AmSm,nWm,nCm,n(1)其中，E0为主镜入瞳光总量，Am为该主镜的光圈档数确定的光通量与最大光圈的比值，以最大光圈时为1，Sm,n为整束镜组内的动态可调分光机构的滤光片分往相机(m,n)的分光比，Wm,n为该相机对应的适配器内的光强动态可调机构的滤光片实现的光强通过率，Cm,n为该相机的曝光时间；按照光测任务的要求，根据现场光照条件和可预计的辐射亮度及其动态范围，预先通过设定各主镜光圈大小、分光比、光强通过率、相机曝光时间来调整各个相机的预设曝光量。3.根据权利要求1所述的一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块，其特征在于，所述高动态图像融合包括基于像质评价的图像融合方法、基于小波分解的多曝光图像融合方法；所述基于像质评价的图像融合方法：采用像质评价指标，比较所有曝光图像(i,j)处的像质特性，筛选出最佳值作为融合后输出图像(i,j)处的像素值，最后对该输出图像做光场平滑，防止不同曝光量像素值之间突变；所述基于小波分解的多曝光图像融合方法，首先，对源图像进行n层小波变换，将其分解为1个低频子图和3n个不同方向的高频部分，对各图像分解的高频部分取最大值，对于低频部分进行加权求和，权值由像素的饱和度和曝光时间确定，然后，将归一化后的权值图进行高斯金字塔分解，分解层数与小波分解的层数相同，则分解后权值图最高层与小波分解后低频图像的大小相同，将图像的低频部分进行融合，得到融合图像的低频图像，将融合图像的低频部分和高频部分进行重建，得到最终的融合图像。2CN107302668A说明书1/7页一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块技术领域[0001]本发明涉及传感器高动态成像领域，具体涉及一种基于转轮动态分光的高动态范围成像模块。背景技术[0002]光测由于其非接触、直观、高精度的特点，在新型武器装备试验景象记录、异常现象分析、姿态测量等任务中具有不可替代作用。但是相比于火箭发射、导弹初始飞行阶段的高动态场景，现有单台套成像设备动态范围较低，在某一种曝光强度下，现有设备很难捕获场景中的所有细节，图像的部分细节不能够很好的曝光，因而就不能清晰地显示。采用多个相机组成相机阵列，每个相机设定不同的曝光时间，短曝光时间有利于捕获场景高亮区域细节，长曝光时间则可捕获暗区域细节。具有不同曝光时间的所有相机同时曝光，使得场景中不同亮度背景下的目标都能够在某个相机中有较好曝光，即每张图像都有一部分区域细节表现很好；之后通过将不同曝