CN102111534B

CN102111534B - 建构高动态范围图像的***及方法

Info

Publication number: CN102111534B
Application number: CN 200910260156
Authority: CN
Inventors: 周森益; 吴洁瑜; 陈义昌
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: CN102111534A

Abstract

本发明公开了一种建构高动态范围图像的***及方法，该建构高动态范围图像的***包含光源产生装置、反射镜装置、控制器、取像模块及图像处理模块。光源产生装置用于产生光束。反射镜装置用于将该光束反射至物体。控制器用于根据一组投照参数产生强度控制信号以控制光源产生装置调制光束的强度，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向。取像模块用于取得物体的原始图像或调制图像。图像处理模块用于分析该原始图像以产生该组投照参数，或根据该组投照参数及该调制图像建构物体的高动态范围图像。

Description

建构高动态范围图像的***及方法

技术领域

本发明涉及一种图像撷取的***及方法，特别涉及一种建构高动态范围图像的***及方法。

背景技术

在目前光学测量***中，若待测物表面材质、结构或粗糙程度的分布不均，将造成反\散射光的强弱差异过大，此时就需要使用具有高动态范围的单点式取像装置，以求能正确的解析反射光强度。然而，采用单点式取像装置测量时，若需要做大范围测量时，则需要精准控制的机械位移。另一方面，待测范围越大所需的测量时间越长，其将造成测量上的不便。

此外，若改用电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)传感器做大范围图像测量时，可能因其动态范围不足而造成测量误差。现有技术中，有数种手段可克服动态范围不足的问题，其中美国专利第6,753,876号揭露一种建构高动态范围图像的方法。该方法调整不同强度的照明光，截取相对应的图像数据，设定在中间照明光强下所截取数据为标准图像，再分析其中各像素的强度是否超过饱和范围(Saturation Region)或低于噪声水平(Noise Floor)。若有超过饱和范围的像素，则取另一张较低光强的图像且相对应的同一位置像素无饱和现象。随后，将此较低光强的像素值乘上一相对应的系数，并用此值取代标准图像中饱和的像素强度值，由此得到正确的像素强度值。相反地，若有像素强度低于噪声水平时，则取另一张较高光强的图像且相对应的同一位置像素未低于噪声水平。随后，将此较低光强的像素值乘上一相对应的系数，并用此值取代标准图像中低于噪声水平的像素强度值，由此得到正确的像素值。

发明内容

本发明揭示建构高动态范围图像的***及其方法。本发明的一实施例揭示一种建构高动态范围图像的***。该***包含光源产生装置、反射镜装置、控制器、取像模块及图像处理模块。光源产生装置用于产生光束。反射镜装置用于将该光束反射到物体。控制器用于根据一组投照参数产生强度控制信号以控制光源产生装置调制光束的强度，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向。取像模块用于取得物体的原始图像或调制图像。图像处理模块用于分析该原始图像以产生该组投照参数，或根据该组投照参数及该调制图像建构物体的高动态范围图像。

本发明的另一实施例揭示一种建构高动态范围图像的***。该***包含光源产生装置、强度调制器、反射镜装置、控制器、取像模块及图像处理模块。光源产生装置用于产生光束。强度调制器用于根据强度控制信号调制该光束的强度。反射镜装置用于将该光束反射到物体。控制器用于根据一组投照参数产生该强度控制信号，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向。取像模块用于取得该物体的原始图像或调制图像。图像处理模块用于分析该原始图像以产生该组投照参数，或根据该组投照参数及该调制图像建构该物体的高动态范围图像。

本发明的再一实施例揭示一种建构高动态范围图像的***。该***包含光源产生装置、反射镜装置、控制器、取像模块及图像处理模块。光源产生装置用于产生光束。反射镜装置用于将该光束反射到物体。控制器用于根据一组投照参数产生强度控制信号以控制该反射镜装置调制该光束照射该物体的累积照射时间，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向。取像模块用于取得该物体的原始图像或调制图像。图像处理模块用于分析该原始图像以产生该组投照参数，或根据该组投照参数及该调制图像建构该物体的高动态范围图像。

本发明的再一实施例揭示一种建构高动态范围图像的方法。该方法包含下列步骤：使用光束扫描物体以取得该物体的原始图像；分析该原始图像以取得该物体不同位置的投照参数；根据该投照参数调制该光束的强度以产生调制光束；使用该调制光束扫描该物体以取得该物体的调制图像；以及根据该投照参数及该调制图像产生该物体的高动态范围图像。

本发明的再一实施例揭示一种建构高动态范围图像的方法。该方法包含下列步骤：使用光束扫描物体以取得该物体的原始图像；分析该原始图像以取得该物体不同位置的投照参数；根据该投照参数控制反射镜装置调制该光束照射该物体的累积照射时间以取得该物体的调制图像；以及根据该投照参数及该调制图像产生该物体的高动态范围图像。

上文已经概略地叙述了本发明的技术特征，从而使下文的本发明的详细描述得以获得更好的了解。将在下文描述构成本发明的权利要求所针对的其它技术特征。本发明所属领域技术人员应可了解，下文揭示的概念与特定实施例可作为基础而相当轻易地予以修改或设计其它结构或制造方法而实现与本发明相同的目的。本发明所属领域技术人员亦应可了解，这类等效的建构并无法脱离权利要求所提出的本发明的精神和范围。

附图说明

图1例示一建构高动态范围图像的***；

图2例示另一建构高动态范围图像的***；

图3例示再一建构高动态范围图像的***；

图4例示再一建构高动态范围图像的***；

图5例示一建构高动态范围图像的方法的流程图；

图6例示再一建构高动态范围图像的***；以及

图7例示另一建构高动态范围图像的方法的流程图。

【主要元件符号说明】

102、302、402、602 光源产生装置

104、204、304、406、604 反射镜装置

106、306、408、606 控制器

108、308、410、608 取像模块

110、310、412、610 图像处理模块

112、312、414、612 物体

12、22、24、32、42、62 反射镜模块

314 目镜

316 分光镜

404 强度调制器

501-505、701-704 步骤

具体实施方式

根据本发明的一实施例，图1例示一建构高动态范围图像的***100。***100包含光源产生装置102、反射镜装置104、控制器106、取像模块108及图像处理模块110。光源产生装置102用于产生光束。根据本实施例，该光束为准直光束。反射镜装置104用于将该光束反射到物体112的不同区域上，以便完整扫描该物体112的所有区域。该反射镜装置104包含具有二旋转自由度的反射镜模块12，其用于将该光束反射到该物体112上。控制器106用于产生方向控制信号以控制该反射镜装置104的反射方向。控制器106还根据一组投照参数产生强度控制信号，其用于控制该光源产生装置102调制该光束的强度。取像模块108用于取得该物体112的图像，其中该图像为该物体112的原始图像或调制图像。根据本实施例，取像模块108可使用电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)传感器以取得该物体112的图像。图像处理模块110用于分析物体112的原始图像以产生该组投照参数，或根据物体112的调制图像及该组投照参数建构物体112的高动态范围图像。

根据本发明的另一实施例，图2例示一建构高动态范围图像的***200。***200包含光源产生装置102、反射镜装置204、控制器106、取像模块108及图像处理模块110。但是，在***200中，反射镜装置204使用具有一旋转自由度的反射镜模块22及反射镜模块24，且其中反射镜模块22的旋转轴心与反射镜模块24的旋转轴心彼此正交。

根据本发明的再一实施例，图3例示一建构高动态范围图像的共焦***300。***300包含光源产生装置302、反射镜装置304、控制器306、取像模块308、图像处理模块310、目镜314及分光镜316。光源产生装置302、反射镜装置304、控制器306、取像模块308及图像处理模块310的功能与上述光源产生装置102、反射镜装置104、控制器106、取像模块108及图像处理模块110的功能相同。在共焦***300中，反射镜装置304使用具有二旋转自由度的反射镜模块32，其用于反射光源产生装置302产生的光束通过目镜314聚焦在物体312不同区域上。

根据本发明的再一实施例，图4例示一建构高动态范围图像的***400。***400包含光源产生装置402、强度调制器404、反射镜装置406、控制器408、取像模块410及图像处理模块412。光源产生装置402用于产生光束。根据本实施例，该光束为准直光束。强度调制器404用于根据强度控制信号调制该光束的强度。强度调制器404可为反射式强度调制器或穿透式强度调制器。反射式强度调制器包含数字反射镜元件(Digital Mirror Device)或硅基液晶(Liquid Crystal onSilicon，LCoS)元件。穿透式强度调制器包含液晶(Liquid Crystal)元件。反射镜装置406用于将该光束反射到物体414的不同区域上，以便完整扫描该物体414的所有区域。反射镜装置406包含具有二旋转自由度的反射镜模块42，其用于将该光束反射到该物体414上。反射镜装置406还可使用两个具有一旋转自由度的反射镜模块，且所述两个反射镜模块的旋转轴心彼此正交。控制器408产生方向控制信号以控制该反射镜装置406的反射方向。控制器408还根据一组投照参数产生该强度控制信号，其用于控制强度调制器404调制该光束的强度。取像模块410用于取得该物体414的图像，其中该图像为该物体414的原始图像或调制图像。根据本实施例，取像模块410可使用电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器以取得该物体414的图像。图像处理模块412分析物体414的原始图像以产生该组投照参数，或根据物体414的调制图像及该组投照参数建构物体414的高动态范围图像。

根据本发明的再一实施例，图5例示一建构高动态范围图像的方法的流程图。以下结合图1及图5说明本实施例。在步骤501中，使用光源产生装置102产生的光束通过反射镜装置104扫描物体112，并使用取像模块108取得物体112的原始图像。此外，还可使用图2中的反射镜装置204替代反射镜装置104。若物体112的表面材质、结构或粗糙程度分布不均，在取像时可能造成物体112部分区域过曝光或曝光不足。因此，造成取得的图像中相应的像素过亮(overly bright)或亮度不足(dull)。在步骤502中，图像处理模块110分析该原始图像以取得待测物体112不同位置的投照参数。该投照参数包含待测物体112各区域所需的光强度。即，在过曝光区域降低光束的强度，在曝光不足的区域增加光束的强度。在步骤503中，根据该投照参数控制该光源产生装置102调制该光束的强度以产生调制光束。在步骤504中，使用调制光束再次扫描该物体112，并使用取像模块108取得物体112的调制图像。最后，在步骤505中，根据该投照参数及该调制图像产生物体112的高动态范围图像。举例而言，若取像模块108取得的图像的有限动态范围为0-255，该调制图像的一区域的灰阶值为200，然根据投照参数得知调制光束投照物体112相对应区域时所使用的光束强度为正常光束强度的50％。因此，该区域的真实灰阶值应为400。反之，若根据投照参数得知调制光束投照物体112相对应区域时所使用的光束强度为正常光束强度的200％，则该区域的真实灰阶值为100。

此外，若光源产生装置102产生的光束为固定强度的光束，则在步骤503中，可使用图4***400中的强度调制器404，其根据该投照参数控制该强度调制器404调制光束的强度以产生调制光束。

图6例示本发明的再一实施例的建构高动态范围图像的***。***600包含光源产生装置602、反射镜装置604、控制器606、取像模块608及图像处理模块610。光源产生装置602用于产生光束。根据本实施例，该光束为准直光束。反射镜装置604用于将该光束反射到物体612的不同区域上，以便完整扫描该物体612的所有区域。反射镜装置604包含具有二旋转自由度的反射镜模块62，其用于将该光束反射到该物体612上。反射镜装置604还可使用两个具有一旋转自由度的反射镜模块，且该两个反射镜模块的旋转轴心彼此正交。控制器606用于产生方向控制信号以控制该反射镜装置604的反射方向。控制器606还根据一组投照参数产生强度控制信号以控制该反射镜装置604调制该光束照射该物体的累积照射时间。取像模块608用于取得该物体612的图像，其中该图像为该物体612的原始图像或调制图像。根据本实施例，取像模块608可使用电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器以取得该物体612的图像。图像处理模块610用于分析物体612的原始图像以产生该组投照参数，或根据物体612之一调制图像及该组投照参数建构物体612的高动态范围图像。

根据本发明的再一实施例，图7例示一建构高动态范围图像的方法的流程图。以下结合图6及图7说明本实施例。在步骤701中，使用光源产生装置602产生的光束通过反射镜装置604扫描物体612，并使用取像模块608取得物体612的原始图像。此外，还可使用图2中的反射镜装置204替代反射镜装置604。若物体612的表面材质、结构或粗糙程度分布不均，在取像时可能造成物体612部分区域过曝光或曝光不足。因此，造成取得的图像中相应的像素过亮(overly bright)或亮度不足(dull)。在步骤702中，图像处理模块610分析该原始图像以取得待测物体612不同位置的投照参数。该投照参数包含待测物体612各区域所需的累积照射时间。即，在过曝光区域降低累积照射时间，在曝光不足的区域增加累积照射时间。在步骤703中，根据该投照参数控制反射镜装置604扫描物体612不同区域并调制该光束照射物体612不同区域的累积照射时间以取得物体612的调制图像。在步骤704中，根据该投照参数及该调制图像产生物体612的高动态范围图像。举例而言，若取像模块608取得的图像的有限动态范围为0-255，该调制图像的一区域的灰阶值为200，然根据投照参数得知该光束照射物体612相对应区域的累积照射时间为正常照射时间的50％。因此，该区域的真实灰阶值应为400。反之，若根据投照参数得知该光束照射物体612相对应区域的累积照射时间为正常照射时间的200％，则该区域的真实灰阶值为100。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而进行各种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。

Claims

1.一种建构高动态范围图像的***，其特征在于，该***包括：

光源产生装置，被建构以产生光束；

反射镜装置，被建构以将该光束反射到物体；

控制器，被建构以根据一组投照参数产生强度控制信号以控制该光源产生装置调制该光束的强度，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向；

取像模块，被建构以取得该物体的原始图像和调制图像；以及

图像处理模块，被建构以分析该原始图像以产生该组投照参数，并且根据该组投照参数及该调制图像建构该物体的高动态范围图像。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，该反射镜装置包括具有一旋转自由度的第一反射镜模块及第二反射镜模块，所述第一反射镜模块及第二反射镜模块用于将该光束反射到该物体。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，该第一反射镜模块的旋转轴心与该第二反射镜模块的旋转轴心彼此正交。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，该反射镜装置包括具有二旋转自由度的第三反射镜模块，所述第三反射镜模块用于将该光束反射到该物体。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，该取像模块包括电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器。

6.一种建构高动态范围图像的***，其特征在于，该***包括：

光源产生装置，被建构以产生光束；

强度调制器，被建构以根据强度控制信号调制该光束的强度；

反射镜装置，被建构以将该光束反射到物体；

控制器，被建构以根据一组投照参数产生该强度控制信号，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向；

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，该反射镜装置包括具有一旋转自由度的第一反射镜模块及第二反射镜模块，所述第一反射镜模块及第二反射镜模块用于将该光束反射到该物体。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，该第一反射镜模块的旋转轴心与该第二反射镜模块的旋转轴心彼此正交。

9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，该反射镜装置包括具有二旋转自由度的第三反射镜模块，所述第三反射镜模块用于将该光束反射到该物体。

10.根据权利要求6所述的***，其特征在于，该强度调制器为反射式强度调制器或穿透式强度调制器。

11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，该反射式强度调制器包括数字反射镜元件或硅基液晶元件。

12.根据权利要求10所述的***，其特征在于，该穿透式强度调制器包括液晶元件。

13.根据权利要求6所述的***，其特征在于，该取像模块包括电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器。

14.一种建构高动态范围图像的***，其特征在于，该***包括：

光源产生装置，被建构以产生光束；

反射镜装置，被建构以将该光束反射到物体；

控制器，被建构以根据一组投照参数产生强度控制信号以控制该反射镜装置调制该光束照射该物体的累积照射时间，以及产生方向控制信号以控制该反射镜装置的反射方向；

15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，该反射镜装置包括具有一旋转自由度的第一反射镜模块及第二反射镜模块，所述第一反射镜模块及第二反射镜模块用于将该光束反射到该物体。

16.根据权利要求15所述的***，其特征在于，该第一反射镜模块的旋转轴心与该第二反射镜模块的旋转轴心彼此正交。

17.根据权利要求14所述的***，其特征在于，该反射镜装置包括具有二旋转自由度的第三反射镜模块，所述第三反射镜模块用于将该光束发射到该物体。

18.根据权利要求14所述的***，其特征在于，该取像模块包括电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器。

19.一种建构高动态范围图像的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

使用光束扫描物体以取得该物体的原始图像；

分析该原始图像以取得该物体不同位置的投照参数；

根据该投照参数调制该光束的强度以产生调制光束；

使用该调制光束扫描该物体以取得该物体的调制图像；以及

根据该投照参数及该调制图像产生该物体的高动态范围图像。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使用光源产生装置产生该光束。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，控制该光源产生装置调制该光束的强度以产生该调制光束。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使用强度调制器调制该光束的强度以产生该调制光束。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，该强度调制器为反射式强度调制器或穿透式强度调制器。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，该反射式强度调制器包括数字反射镜元件或硅基液晶元件。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，该穿透式强度调制器包括液晶元件。

26.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使用取像模块取得该原始图像或该调制图像。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，该取像模块包括电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器。

28.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，通过反射镜装置扫描该物体。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，该反射镜装置包括具有一旋转自由度的第一反射镜模块及第二反射镜模块，且该第一反射镜模块的旋转轴心与该第二反射镜模块的旋转轴心彼此正交。

30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，该反射镜装置包括具有二旋转自由度的第三反射镜模块。

31.一种建构高动态范围图像的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

使用光束扫描物体以取得该物体的原始图像；

分析该原始图像以取得该物体不同位置的投照参数；

根据该投照参数控制反射镜装置调制该光束照射该物体的累积照射时间以取得该物体的调制图像；以及

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，使用光源产生装置产生该光束。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，使用取像模块取得该原始图像或该调制图像。

34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，该取像模块包括电荷耦合器件传感器或互补金属氧化物半导体传感器。

35.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，通过反射镜装置扫描该物体。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，该反射镜装置包括具有一旋转自由度的第一反射镜模块及第二反射镜模块，且该第一反射镜模块的旋转轴心与该第二反射镜模块的旋转轴心彼此正交。

37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，该反射镜装置包括具有二旋转自由度的第三反射镜模块。