基于dmd的雙目高動態(tài)調(diào)光成像系統(tǒng)及成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及高動態(tài)福射場景的成像探測領(lǐng)域，涉及到一種基于DMD(Digital Micromirror Device)的雙目高動態(tài)調(diào)光方法，具體地說是一種結(jié)合DMD光學(xué)結(jié)構(gòu)原理對場 景進行雙光路采集的調(diào)光成像系統(tǒng)及成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在高動態(tài)場景中同時觀測到亮目標(biāo)和暗目標(biāo)是近年來研究的熱點。數(shù)字微鏡陣列 DMD結(jié)合圖像傳感器進行高動態(tài)場景觀測可以有效地提高系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
[0003] DMD是一種被集成在尋址集成芯片上的快速數(shù)字光開關(guān)反射陣列，由許多小型鋁 制反射鏡面構(gòu)成，其顯示分辨率決定了鏡片的數(shù)量，一個鏡片對應(yīng)一個像素。上百萬的微鏡 用鉸鏈建造在CMOS存儲器上，每個微鏡單元下有一對尋址電極與其下方的SRAM單元CMOS電 路的電壓互補端通過導(dǎo)電通道連接。DMD有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)(+12°和-12°)，系統(tǒng)通過改變每 個微鏡對應(yīng)的尋址電壓可以單獨控制微鏡的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)DMD受到光源照射時，微鏡面的正負兩 態(tài)將入射光以兩種角度反射。
[0004] -般的基于DMD的調(diào)光系統(tǒng)是由一個DMD和一個圖像采集傳感器構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)。 定義DMD的兩種狀態(tài)分別為"0N"和"OFF"，當(dāng)DMD微鏡處于"0N"狀態(tài)下，微鏡將入射光反射到 圖像采集傳感器上，稱為圖像的"亮態(tài)"，當(dāng)DMD微鏡處于"OFF狀態(tài)下，微鏡將入射光反射到 吸收裝置中，稱為圖像的"暗態(tài)"。通過控制DMD微鏡在一個幀周期內(nèi)處于"0N"和"OFF"狀態(tài) 的時間可以實現(xiàn)對DMD相對應(yīng)的像元的光強調(diào)制，我們稱DMD在這個振周期內(nèi)所顯示的圖像 為掩膜圖像。傳統(tǒng)的單目調(diào)光方法中，需要采集多幀場景在不同調(diào)光權(quán)值下的圖像，然后對 采集的到圖像進行合成，從而獲得場景的高動態(tài)圖像。但是這種方法的調(diào)光速度緩慢，因此 需要一種快速調(diào)光的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有DMD光強調(diào)制技術(shù)調(diào)光速度慢且只能針對靜態(tài)目標(biāo)的問題，提 供一種基于DMD的雙目高動態(tài)調(diào)光成像系統(tǒng)及成像方法。
[0006] 基于DMD的雙目高動態(tài)場景調(diào)光成像系統(tǒng)，包括主物鏡和兩組轉(zhuǎn)置物鏡，兩個圖像 傳感器和DMD微鏡陣列；
[0007] 高動態(tài)目標(biāo)場景經(jīng)過主物鏡投影到DMD微鏡陣列上，所述DMD微鏡陣列在系統(tǒng)控制 下進行翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對場景光強的調(diào)制，調(diào)制后的場景分別經(jīng)過第一轉(zhuǎn)置物鏡和第二轉(zhuǎn)置物 鏡投影到第一圖像傳感器和第二圖像傳感器上，所述第一圖像傳感器采集所述高動態(tài)目標(biāo) 場景中亮目標(biāo)的信息，第二圖像傳感器采集所述高動態(tài)目標(biāo)場景中暗目標(biāo)的信息，對采集 到亮目標(biāo)圖像和暗目標(biāo)圖像進行處理，獲得高動態(tài)圖像。
[0008] 基于DMD的雙目高動態(tài)場景調(diào)光成像方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)：
[0009] 步驟一、成像系統(tǒng)初始化；
[0010] 初始化DMD微鏡陣列（4)，調(diào)節(jié)第一圖像傳感器（1)的積分時間和第二圖像傳感器 (2)的積分時間，使第一圖像傳感器（1)接收亮目標(biāo)圖像心(1，7)，第二圖像傳感器(2)接收 暗目標(biāo)圖像f2(x，y)，將所述第一圖像傳感器（1)的積分時間作為參考基準(zhǔn);所述第二圖像 傳感器(2)的積分時間與第一圖像傳感器(1)的積分時間比為α;用下式表示為：
[0012] 式中，I(x，y)為原始目標(biāo)場景，ri為第一圖像傳感器接收亮目標(biāo)圖像 fl(x，y)對應(yīng) 的調(diào)光權(quán)值，Γ2為第二圖像傳感器接收暗目標(biāo)圖像f 2 (X，y)對應(yīng)的調(diào)光權(quán)值;且ri+r2 = 1，所 述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器的實際調(diào)光權(quán)值為rdPar2;
[0013] 步驟二、調(diào)光；
[0014] 根據(jù)調(diào)光系統(tǒng)預(yù)設(shè)的調(diào)光權(quán)值，對應(yīng)改變DMD微鏡陣列掩膜圖像和第二圖像傳感 器的積分時間;所述第一圖像傳感器(1)和第二圖像傳感器(2)的調(diào)光權(quán)值按照預(yù)設(shè)的調(diào)光 權(quán)值變化，所述第一圖像傳感器(1)和第二圖像傳感器(2)接收相應(yīng)時刻的場景圖像；
[0015] 步驟三、高動態(tài)場景恢復(fù)；
[0016] 步驟三一、將第一圖像傳感器（1)和第二圖像傳感器(2)采集到的場景圖像按照對 應(yīng)的調(diào)光權(quán)值從小到大依次排列，并選取閾值，對圖像像元位置設(shè)立標(biāo)志位，一個標(biāo)志位對 應(yīng)所有圖像中的同一個坐標(biāo)下的像元，初始化為未標(biāo)記狀態(tài)，首先選擇第一幅圖像進行處 理；
[0017] 步驟三二、依次遍歷圖像中的所有的像元，判斷所述像元的灰度值是否大于閾值 且對應(yīng)的標(biāo)志位未被標(biāo)記，如果是，則對該像元執(zhí)行步驟三四；如果否，則不對該像元進行 處理;執(zhí)行步驟二二；
[0018] 步驟三三、選擇下一幅圖像，判斷是否為最后一幅場景圖像，如果是，將所有標(biāo)志 位為未標(biāo)記狀態(tài)的像元的灰度值與最后一幅圖像的實際調(diào)光權(quán)值結(jié)合，獲得所有未標(biāo)記像 元所對應(yīng)的高動態(tài)場景中的灰度值;如果否，返回執(zhí)行步驟三二；
[0019] 步驟三四、根據(jù)所述像元的灰度值與對應(yīng)的實際調(diào)光權(quán)值，獲得該像元所對應(yīng)的 高動態(tài)場景圖像中的灰度值，并將所對應(yīng)的標(biāo)志位標(biāo)記。
[0020] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明根據(jù)DMD結(jié)構(gòu)特性，采用雙光路結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時對高動 態(tài)場景進行光強調(diào)制和成像;本發(fā)明采用兩路相機的積分時間可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，結(jié) 合DMD的調(diào)制權(quán)值可以實現(xiàn)雙路相機同時采集高動態(tài)場景在兩個調(diào)光權(quán)值下的信息。
[0021 ]本發(fā)明將DMD的光學(xué)結(jié)構(gòu)特性和圖像傳感器相結(jié)合，使系統(tǒng)可以在同一時刻可以 采集到兩幅任意調(diào)光權(quán)值的場景圖像，與基于DMD的單目高動態(tài)調(diào)光系統(tǒng)相比，本方法可以 提高系統(tǒng)的調(diào)光速度，且在同一時刻可以獲得跟高動態(tài)范圍的場景信息。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明所述的基于DMD的雙目高動態(tài)場景調(diào)光成像系統(tǒng)的光路示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明所述的基于DMD的雙目高動態(tài)場景調(diào)光成像方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]
【具體實施方式】一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式中調(diào)光成像系統(tǒng)的整個光 路由主物鏡3和兩組轉(zhuǎn)置物鏡，兩個性能參數(shù)相同的圖像傳感器和一個DMD微鏡陣列組成。 高動態(tài)目標(biāo)場景7經(jīng)過主物鏡3投影到DMD微鏡陣列4上，DMD微鏡陣列4在系統(tǒng)控制下進行翻 轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對場景光強的調(diào)制。在一幀時間內(nèi)，DMD微鏡陣列4在光路中處于"ON"狀態(tài)的占空比 為該條光路所對應(yīng)的調(diào)光權(quán)值，占空比越大，調(diào)光權(quán)值越大，對場景亮度的衰減越小。調(diào)制 后的場景分別經(jīng)過第一轉(zhuǎn)置物鏡5、第二轉(zhuǎn)置物鏡6投影到第一圖像傳感器1和第二圖像傳 感器2上，其中令第一圖像傳感器1負責(zé)采集場景中較亮目標(biāo)的信息，第二圖像傳感器2負責(zé) 采集場景中較暗目標(biāo)的信息，即從DMD微鏡陣列到第一圖像傳感器1這條光路對應(yīng)的調(diào)光權(quán) 值小，另一條光路所對應(yīng)的調(diào)光權(quán)值大。改變兩光路的調(diào)光權(quán)值對場景進行多次采集后，對 采集到的圖像進行處理，從而得到高動態(tài)場景的高動態(tài)圖像。
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