CN107071372A - 一种实现3ccd图像效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种实现3CCD图像效果的方法，包括以下步骤：将Bayer图像传感器以2*2个像素为单位分割成多个子块，每个子块中含有RG₁G₂B共4个像素，将这4个像素合并成一个新像素，合并像素的颜色计算规则如下：R_合＝i*R+a，其中i>0，a∈R；G_合＝m*(G₁+G₂)+b，其中m>0，b∈R；B_合＝n*B+c，其中n>0，c∈R。进一步，通过改变光学放大率或者不同型号的图像传感器，提高空间采样率。进一步，所述的空间采样率在2倍以上。进一步，所述的i，m，n的值分别取为1，0.5和1，所述a,b,c的值均为0。其目的是：用以解决现有的图像处理方法大多通过单个图像传感器分时获得多幅图像以改善色彩还原性，实现较为复杂，且成像速度较慢，不适合活体观察等问题。

Description

一种实现3CCD图像效果的方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种实现3CCD图像效果的方法。

背景技术

图像传感器CCD或者CMOS本身的只能感知光线的强弱(即灰度)，是无法直接感受光线的色彩，需要相应的器件配合以获得红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的信息，再由软件合成彩色图像。目前主流的实现彩色图像拍摄的方式是在CCD或CMOS上加上一个RG1G2BBayer滤色片，一般简称为Bayer相机。Bayer相机的每一个像素上只对应于R、G、B中的一种颜色。由于每个像素只能获得一种颜色，为了得到该像素的彩色图像，需要根据周围的像素计算出每个像素所缺失的另外两种颜色分量(这个过程也称为颜色插值)，该方法实现较为简单，成本较低，得到了广泛的应用。但由于在插值过程中混合了周边像素的颜色，会带来色差现象，进而引起细节信息的损失，即降低了***的空间分辨率。

在追求更高颜色还原性和高分辨率的场合，一般采用3CCD的方法，即用3个黑白的CCD/CMOS图像传感器分别获得R、G、B三种颜色的图像，这样每个物点都能同时获得R、G、B三种颜色的图像，也就不需要颜色插值，不存在色差问题，色彩还原性更好，也不会降低空间分辨率。但是需要3个图像传感器，同时需要昂贵的分光器件和复杂装配工艺以实现3个CCD/CMOS间的像素匹配，成本非常高，导致应用受限。所以有更多的是在单CCD/CMOS基础上进行改善色彩还原性，以降低成本。

专利CN 102572449 A公开了一种基于RGB三基色的图像处理装置及方法，采用Bayer相机分时获得RB和G的图像，可以改善图像色彩的还原性，但是需要分时获得两幅图像，速度不快，对空间分辨率改善不明显，并且需要改进原有的照明及控制电路。

专利CN 1837949 A公开了一种用黑白相机拍摄彩色图像的成像***，采用黑白相机分时采样三种RGB光源照射下的图片，然后再通过软件合成，可以实现3CCD的效果，但速度慢，需要改进照明及控制电路，通用性不强。

专利CN104079904公开了一种彩色图像生成方法及装置，采用Bayer相机结合微位移的方法，对CCD/CMOS以像素为单位进行微位移，分时获得RGB的图像，再通过软件合成彩色图像，可以达到3CCD效果，但速度慢，且由于微位移是um级的，控制精度要求高，成本也不低，实现较为复杂。

以上几种方法都是通过单个图像传感器分时获得多幅图像以改善色彩还原性，虽然成本较3CCD低，但实现也不简单，且成像速度较慢，在成像期间要求标本必须是静止的，不适合活体观察。

发明内容

本发明目的是：旨在提供一种实现3CCD图像效果的方法，用以解决现有的图像处理方法大多通过单个图像传感器分时获得多幅图像以改善色彩还原性，实现较为复杂，且成像速度较慢，不适合活体观察等诸多的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种实现3CCD图像效果的方法，包括以下步骤：

将Bayer图像传感器以2*2个像素为单位分割成多个子块，每个子块中含有RG₁G₂B共4个像素，将这4个像素合并成一个新像素，合并像素的颜色计算规则如下：

R_合＝i*R+a，其中i>0，a∈R；

G_合＝m*(G₁+G₂)+b，其中m>0，b∈R；

B_合＝n*B+c，其中n>0，c∈R。

进一步，通过改变光学放大率或者不同型号的图像传感器，提高空间采样率。

进一步，所述的空间采样率在2倍以上。

进一步，所述的i，m，n的值分别取为1，0.5和1，所述a,b,c的值均为0。

该方法也是基于传统的Bayer相机实现的，通过选用合适的相机或光学提高空间采样率进行采集，然后以2*2个像素为单位将Bayer相机的所有像素分成多个子块，每个子块包含R、G1、G2、B共4个像素，合并成一个新像素(以下简称为合并像素)，合并像素中R合来自RG1G2B中的R，B合来自RG1G2B中的B，G合来自RG1G2B中的G1和G2，这样合并像素的所有颜色均是来自本合并像素中的颜色信息，没有相邻合并像素的信息，避免了传统颜色插值过程中引起色差的问题，有效提高色彩还原性和空间分辨率，与3CCD的效果相当。

所谓的空间采样率，与光学***的放大倍数成正比，与相机的像素尺寸成反比。因此可以通过改变光学放大率和相机的像素尺寸来提高空间采样率。比较简单的方法有如下两种：一是选用像素尺寸更小的相机，如为原来的1/2，这样无需更改光学，可以将空间采样率提高2倍。当然视场变为原来的1/4，如为了不降低视场大小，选用分辨率为原来4倍，像素尺寸为原来1/2的相机。二是可以提高成像***的光学放大倍率来解决，如提高至原来的2倍，这样不需要更换相机，可以将空间采样率提高2倍。此方法也会将视场降为原来的1/4，为了保证采样视场不变，可以选用更高分辨率的相机(像素尺寸不变)，至少是原来的4倍。

随着图像传感器技术的进步，其集成度越来越高，分辨率和速度也越来越高，很容易找到合适的相机，获得3CCD效果的图像，实现更为简单，且只需拍一张照片即可，成像速度快，也适合活体观察。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明的一种实现3CCD图像效果的方法实施例中采用IMX265黑白相机时的拍摄图片；

图2为本发明的一种实现3CCD图像效果的方法实施例中采用使用IMX265Bayer相机时的拍摄图片；

图3为本发明的一种实现3CCD图像效果的方法实施例中采用IMX172Bayer相机拍摄的合并像素图；

图4为本发明的一种实现3CCD图像效果的方法实施例中采用使用IMX265Bayer相机并将光学放大倍率变为原来的2倍后的拍摄图片。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

以数码显微镜为例，在使用40x/0.75物镜时，其衍射极限分辨率为0.45um，等效于可分辨2222lp/mm，即能清楚观察USAF 1951分辨率板的的11-1线对。如果用数码相机拍照时，根据奈奎斯特定理，则要求空间采样率要大于4444lp/mm，在选用0.5x摄像接头适配器，IMX265相机(分辨率为2448*1536，像素尺寸为3.45um)时，其空间采样率为5795lp/mm，满足奈奎斯特定理。理论上在此条件下拍摄的图像是能分辨出USAF 1951分辨率板的11-1线对的。

如图1所示，在使用IMX265黑白相机时，其拍摄图片中可以明显分辨出来11-1线对。如图2所示，在使用IMX265Bayer相机，由于在插值过程中混合了周边像素的颜色，图像不锐利，可以看到“色差”现象，只能勉强分辨出较低分辨率的10-6线对，分辨不出11-1线对，这也就说明了Bayer的颜色插值会降低分辨率。

为提高分辨率和色彩还原性，其中一个方法是仅替换相机，如将IMX265Bayer相机改用IMX172Bayer相机，其分辨率为4000*3000，像素尺寸为1.55um，则空间采样率为0.08um/pixel，为原来的2倍，然后以2*2个像素为一个单位，将相机的4000*3000像素分成2000*1500个子块，则每个子块中包含RG1G2B共4个像素，如图3所示，按以下方法将这4个像素进行合并：

R合＝i*R+a，其中i>0，a∈R；

G合＝m*(G1+G2)+b，其中m>0，b∈R；

B合＝n*B+c，其中n>0，c∈R；

优选的i＝1，m＝0.5，n＝1，a＝0，b＝0，c＝0。

改进后的图像效果如图4所示，可以清楚观察到11-1线对，也没有“色差”现象，与3CCD效果相当，视场也与原来的相当。

另一个方法是改变光学放大倍率，如将0.5x摄像接头适配器改用1x摄像接头适配器，这样即将***光学放大倍率变为原来的2倍，其空间采样率为0.08um/pixel，为原来的2倍，然后以2*2个像素为一个单位，将IMX265Bayer相机的所有2448*1536像素分成1224*768个子块，则每个子块中包含RG1G2B共4个像素，按以下方法将这4个像素进行合并：

R合＝i*R+a，其中i>0，a∈R；

G合＝m*(G1+G2)+b，其中m>0，b∈R；

B合＝n*B+c，其中n>0，c∈R；

优选的i＝1，m＝0.5，n＝1，a＝0，b＝0，c＝0。

改进后的图像效果与图4类似，也没有“色差”现象，可以清楚观察到11-1线对，与3CCD效果相当，只是视场降为原来的1/4。为了保持视场不变，可以换用像素尺寸一样但分辨率为4096*3000的IMX253Bayer相机。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种实现3CCD图像效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将Bayer图像传感器以2*2个像素为单位分割成多个子块，每个子块中含有RG₁G₂B共4个像素，将这4个像素合并成一个新像素，合并像素的颜色计算规则如下：

R_合＝i*R+a，其中i>0，a∈R；

G_合＝m*(G₁+G₂)+b，其中m>0，b∈R；

B_合＝n*B+c，其中n>0，c∈R。

2.根据权利要求1所述的一种实现3CCD图像效果的方法，其特征在于，通过改变光学放大率或者不同型号的图像传感器，提高空间采样率。

3.根据权利要求2所述的一种实现3CCD图像效果的方法，其特征在于，所述的空间采样率在2倍以上。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种实现3CCD图像效果的方法，其特征在于，所述的i，m，n的值分别取为1，0.5和1，所述a,b,c的值均为0。