CN101360192A - 一种数字光学成像***及其成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字光学成像***及其成像方法。该***由光学成像透镜组、DMD微反射镜阵列、CCD图像传感器、曝光时间控制器、数字图像处理器和控制器组成。成像方法是：将MD微反射镜阵列中的工作像元全部处于开启状态，得到被摄目标的预成像，经图像处理后按不同的实际光亮度划分成若干区域，确定各区域相应的所需曝光参数，控制工作像元处于开启或关闭状态的时间，再次将被摄目标拍摄成像，得到清晰、优质的数字数字图像。本发明提供了一种对被摄目标任意分部及多级曝光的数字光学成像***和成像方法，经一次曝光便可获得高动态范围的优质画面，特别适用于光亮度差异明显的被摄目标的拍摄成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学成像***，特别涉及一种数字光学成像***及其成像方法。
背景技术
光学成像***是一种最基本的光信息处理***，它用于传递二维的光学图像信息，照相机(摄像机)是最常见的光学成像***之一。控制光学成像***感光的是采用快门技术，快门又分为机械快门和电子快门。机械快门是一种传统的机械机构，与现代的电子快门相比，结构复杂，加工精度要求高，结构体积大，有使用寿命的问题。电子快门出现在以CCD、CMOS为光传感元件为核心的数码相机中，电子快门没有了形式上的快门机构，是由电子控制时序决定光传感器的感光时间，即所谓的曝光时间。无论是机械快门还是电子快门，每次曝光完成一幅对目标的成像。
在实际拍摄中，一般都是对于不同亮暗的被摄目标确定一个大致的曝光时间。当在成像对象中出现多处不同亮度的区域时，很难按这些不同区域实际的曝光量需求，全面、准确地曝光，最终导致画面上出现了局部过曝光或者是局部欠曝光。
针对上述现象，希望能获得一种可预设定多级子画面的光学成像***，使画面中的各个区域都能满足实际光亮度的曝光量。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的发明目的是提供一种能满足画面中各个所需光亮度不同的区域获取实际所需曝光量，得到清晰、优质图像的数字光学成像***及其成像方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种数字光学成像***，由光学成像透镜组、DMD微反射镜阵列、CCD图像传感器、曝光时间控制器、数字图像处理器和控制器组成，所述的控制器设有两条数据通道接口，其中一条通过视频接口与数字图像处理器的视频输出端连接，另一条通过控制接口与数字图像处理器的控制端连接；所述的数字图像处理器的两个输出端分别与曝光时间控制器的输入端和CCD图像传感器的视频信号输出端连接；所述的曝光时间控制器的两个输出端，分别输出信号控制DMD微反射镜阵列和CCD图像传感器。
一种使用上述数字光学成像***实现成像的方法，DMD微反射镜阵列中的工作像元全部处于开启状态时，光学成像透镜组将被摄目标通过DMD微反射镜阵列，预成像至CCD图像传感器，经图像处理器处理后输入到成像控制器，由图像处理软件将该图像依据不同的实际光亮度划分成若干区域，确定各区域相应的所需曝光参数，经数字图像处理器输出信号至曝光时间控制器，控制DMD微反射镜阵列中的工作像元处于开启或关闭状态的时间，再次将被摄目标通过DMD微反射镜阵列，成像至CCD图像传感器，经图像处理器处理后得到数字图象。
本发明利用DMD微反射镜阵列，采用预成像、图像区域分割等方法，实现了任意分部及多级曝光的光学成像***和成像方法，经一次曝光便可获得高动态范围的优质画面，特别适用于光亮度差异明显的被摄目标的拍摄成像。
附图说明
图1是图本发明实施例的数字光学成像***框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
实施例：
参见附图1，它是本实施例的数字光学成像***框图。
在本实施例中，可用PC机作为控制器，设置二条数据通道接口，一条用于传输视频数字信息，以LVDS格式或CAMERA_LINK格式通过视频接口与图像处理器连接；另一条作为功能控制的命令的输入、输出接口，可采用多路的逻辑位信号或程序控，通过控制接口与图像处理器连接。
***中的图像处理器采用ARM9或DSP，它的两个输出端，一个通过视频接口向控制器输入视频信号，另一个与曝光时间控制器输入端连接。曝光时间控制器的一个输出端发出信号控制CCD图像传感器，另一个输出端输出信号控制DMD微反射镜阵列。在本实施例中，曝光时间控制器采用现场可编程门阵列时序发生器FPGA，CCD图像传感器采用面阵CCD FT-18，DMD微反射镜阵列采用美国TI公司TI 1076-729C DMD器件(规格为1024*768)。
DMD微反射镜阵列是由n*m个微反射镜工作像元组成，每一个微反射镜都有唯一一个选通地址，根据微反射镜控制逻辑电平，有二种摆动的状态。每个微反射镜工作像元在不同的状态下能将光线向两个方向反射，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于“关闭”状态时，反射镜会旋转至+12度，若记忆晶胞处于“开启”状态，反射镜会旋转至-12度。结合DMD以及适当光源和投影光学***，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，利用其中一个状态作为反射状态，另一个则为非反射状态，通过曝光时间控制器发出的信号，控制微反射镜开启或关闭的时间，实现对光线的调制，以达到控制曝光量的目的。
数字光学成像***工作时，由PC通过控制接口发出工作命令，先由时序发生器控制DMD微反射镜阵列中的工作像元全部处于开启状态，光学成像透镜组将被摄目标通过DMD微反射镜阵列，预成像至CCD图像传感器，经视频A/D的转换，形成12位的数字视频信息保存至视频RAM中。图像处理器从视频RAM中获得预摄图像，经视频接口输入到PC中，根据预设的方案，如采用边缘处理等图像处理软件，根据预摄图像不同的实际光亮度划分成若干区域，并确定各区域相应的曝光时间和对应的微反射镜工作像元的地址，通过时序发生器控制控制DMD微反射镜阵列中的工作像元处于开启或关闭状态的时间，同时控制面阵CCD再完成一次曝光、拍摄的过程。区域定位和曝光参数将决定被摄目标中亮的区域曝光时间短些，暗的区域曝光时间长一些。区域的形状是任意封闭的，各个不同区域可获得不同的曝光时间，经图像处理器处理后得到清晰、优质的数字图象。
曝光过程控制可按如下的方法：若根据被摄目标预摄图像，按实际光亮度分为亮、中、暗三部分，经边缘处理软件处理，对应分为三个区域S1、S2、S3，确定对应的三个曝光时间T1、T2、T3和对应的微反射镜工作像元的地址。由曝光时间控制器驱动DMD微反射镜阵列，正式拍摄时，首先将DMD微反射镜阵列中的所有微反射镜工作像元设置为反射位置，CCD图像传感器开始光电荷积分(电子曝光)，曝光时间为T1；T1时间到，曝光时间控制器将对应S1区域的DMD微反射镜阵列中的微反射镜工作像元设置为非反射位置，继续按T2-T1的时间曝光，到达该时间，则再由曝光时间控制器将对应S2区域的DMD微反射镜阵列中的微反射镜工作像元设置为非反射位置，继续按T3-T2-T1的时间，直到该曝光时间结束关闭电子曝光，停止光生电荷积分，输出被摄目标的图像数据。另一种方法是：先对S3区域按T3-T2-T1的时间曝光，接着对S3和S2区域按T2-T1的时间曝光，最后对S3、S2、S1(全画面)按时间曝光。每次曝光由曝光时间控制器调整对应区域DMD微反射镜阵列中的微反射镜工作像元的状态位置。
Claims (2)
1.一种数字光学成像***，其特征在于：它由光学成像透镜组、DMD微反射镜阵列、CCD图像传感器、曝光时间控制器、数字图像处理器和控制器组成，所述的控制器设有两条数据通道接口，其中一条通过视频接口与数字图像处理器的视频输出端连接，另一条通过控制接口与数字图像处理器的控制端连接；所述的数字图像处理器的两个输出端分别与曝光时间控制器的输入端和CCD图像传感器的视频信号输出端连接；所述的曝光时间控制器的两个输出端，分别输出信号控制DMD微反射镜阵列和CCD图像传感器。
2.一种数字光学成像***的成像方法，其特征在于：DMD微反射镜阵列中的工作像元全部处于开启状态时，光学成像透镜组将被摄目标通过DMD微反射镜阵列，预成像至CCD图像传感器，经图像处理器处理后输入到成像控制器，由图像处理软件将该图像依据不同的实际光亮度划分成若干区域，确定各区域相应的所需曝光参数，经数字图像处理器输出信号至曝光时间控制器，控制DMD微反射镜阵列中的工作像元处于开启或关闭状态的时间，再次将被摄目标通过DMD微反射镜阵列，成像至CCD图像传感器，经图像处理器处理后得到数字图象。
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Open date: 20090204 |