專利名稱：用于數(shù)字圖像采集的顏色序列閃光的制作方法
用于數(shù)字圖像采集的顏色序列閃光
本發(fā)明涉及通過(guò)使用顏色序列閃光進(jìn)行數(shù)字圖像采集的系統(tǒng)和方 法，尤其涉及通過(guò)使用具有多種不同序列顏色的顏色序列閃光進(jìn)行數(shù)字 圖像采集的系統(tǒng)和方法。
對(duì)于高精確的圖像采集而言， 一方面要求具有許多像素，例如一百 萬(wàn)像素(l兆像素)或者更高。另一方面，真彩色圖像采集要求在像素 上具有至少三個(gè)(紅色、綠色、藍(lán)色)濾波器，或者如一些制造商所述 要求四個(gè)(紅色、綠色、藍(lán)色、翠綠色)濾波器，這導(dǎo)致電荷藕合器件
(CCD)芯片的額外的成本。轉(zhuǎn)到更高的分辨率要求更小的像素，其導(dǎo) 致更長(zhǎng)的曝光時(shí)間或者更大的芯片，這對(duì)于制造這些濾波器而言是個(gè)挑 戰(zhàn)。目前，可獲得具有八兆或者更多兆像素的數(shù)碼相機(jī)，其中主要問(wèn)題 之一是減小像素陣列的尺寸，從而允許最小化整個(gè)設(shè)備的尺寸。
在數(shù)字圖像的采集中，真實(shí)世界與畫(huà)面的差異主要?dú)w因于像素的光 語(yǔ)響應(yīng)與人眼的光譜響應(yīng)的不匹配。在大多數(shù)情況下，數(shù)碼相機(jī)工作于
3RGB(紅色、綠色、藍(lán)色)顏色空間，該顏色空間不能變換到CIE標(biāo)準(zhǔn) 顏色空間(例如XYZ或sRGB)中而不引入附加的誤差。CIE是國(guó)際照明 委員會(huì)(Commission Internationale de l，Eclairage )的縮寫(xiě)。
US2004/0061850A1中記載了 一種照明和圖像采集系統(tǒng)，其中檢查利 用閃光照明電路上通常為鏡面的表面，其中閃光來(lái)自至少兩個(gè)光語(yǔ)不同 的光源并且在時(shí)間上分開(kāi)。照相機(jī)對(duì)于每個(gè)閃光形成電路的光學(xué)圖像。 光學(xué)圖像經(jīng)過(guò)組合提供組合的圖像。為此目的，US2004/0061850A1提供 了用于照明鏡面表面的紅色、綠色和藍(lán)色照明器。
此外，EP1098190A2記載了一種照明和圖像采集系統(tǒng)，其包括用來(lái) 照明待檢查物品的多個(gè)彩色閃光燈以及用來(lái)采集由彩色閃光燈照明的 物品的光學(xué)圖像的至少一個(gè)黑白照相機(jī)。EP1098190A2提供了紅色、綠 色和藍(lán)色的三色閃光燈。
希望的是，提供允許目標(biāo)的改進(jìn)的成像的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明提供了用于提供目標(biāo)的改進(jìn)的成像的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括多個(gè)適于照明目標(biāo)的光源，其中這些光源的至少一部分適于發(fā)射具 有不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的光；控制單元，其適于控制所述多個(gè)光源，使 得所述多個(gè)光源在相繼的一定數(shù)量的照明時(shí)段中照明目標(biāo)，其中在所述 相繼的照明時(shí)段的至少兩個(gè)中，目標(biāo)由不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)照明；采集 單元，其適于在至少兩個(gè)照明時(shí)段內(nèi)采集目標(biāo)的至少四組圖像數(shù)據(jù)；以 及重建單元，其適于將所述至少四組采集的圖像數(shù)據(jù)重建為至少四維的 顏色空間的圖像。
本發(fā)明的系統(tǒng)允許目標(biāo)的改進(jìn)的成像，這歸因于至少四組圖像數(shù)據(jù) 的采集，從而允許提供至少四維的顏色空間的圖像，所述至少四維的顏 色空間考慮到人眼的光譜響應(yīng)而更加逼真地再現(xiàn)成像的目標(biāo)。由于序列 采集的原因，釆集單元由于像素?cái)?shù)量低而可以保持為小。由于所述系統(tǒng) 包括至少四個(gè)適于發(fā)射具有不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的光的光源，因而可以 更加確切地再現(xiàn)人眼的光i普響應(yīng)。事實(shí)上，也可以4吏用多于四個(gè)光源， 特別是多個(gè)光源，每個(gè)光源具有不同的波長(zhǎng)范圍。不同波長(zhǎng)的數(shù)量越高， 得到的顏色空間的維數(shù)越高。
應(yīng)當(dāng)指出的是，不同的波長(zhǎng)范圍意味著這些范圍是不同的，但是可 以重疊。此外，范圍不必是連續(xù)的，而是也可以具有中斷，因而范圍也 可以是部分范圍的合成。范圍也可以是一個(gè)或多個(gè)單色波長(zhǎng)。相繼的照 明時(shí)段表示序列的照明時(shí)段，其也可以具有中斷。這些照明時(shí)段也可以 是連續(xù)的，即之間沒(méi)有中斷，或者可以具有重疊。
一個(gè)光源在一定時(shí)段中照明目標(biāo)的模式也包括多個(gè)光源在該時(shí)段 內(nèi)照明目標(biāo)的模式，但是所述一個(gè)光源在該時(shí)段內(nèi)相比于其余光源以增 大的強(qiáng)度照明。這意味著所述重建單元還適于確定所述重疊并且能夠消 除該重疊，使得所述系統(tǒng)也可以與日光照明一起使用。
依照本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述系統(tǒng)的采集單元是單色采集設(shè) 備。因此，該系統(tǒng)使用例如單色電荷耦合器件(CCD)陣列，以便利用 彩色序列閃光進(jìn)行圖像采集。該閃光可以具有若干彩色高功率發(fā)光二極 管(LED),所述發(fā)光二極管4要照時(shí)間順序迅速閃光。依照一個(gè)示例性 實(shí)施例，在一個(gè)時(shí)段內(nèi)只有一種顏色在閃光。在這樣的單個(gè)時(shí)段內(nèi)，通 過(guò)CCD陣列獲取一幅圖像。
這個(gè)過(guò)程將導(dǎo)致一 系列圖像，每幅圖像分別示出由不同顏色照明的 目標(biāo)。該序列用來(lái)重建目標(biāo)的光語(yǔ)反射率。使用多于三種顏色，特別是遠(yuǎn)多于三種顏色(十種或更多種)導(dǎo)致目標(biāo)的光譜狀圖像。因此，成像 目標(biāo)的每像素反射率的精確光譜重建是可能的。因此，例如可以在圖像 采集過(guò)程之后改變實(shí)際照明的色溫。主要優(yōu)點(diǎn)中的 一些是光譜狀圖像采 集、簡(jiǎn)單地用于目標(biāo)顏色空間、廉價(jià)而容易的非濾波CCD或光電二極管
陣列、更小的CCD芯片、閃光的簡(jiǎn)單校準(zhǔn)和不校準(zhǔn)CCD的濾波器、由于 使用了運(yùn)動(dòng)校正和低曝光時(shí)間而使得圖像非常清晰、工作于不同的顏色 空間中的可能性以及圖像采集之后可調(diào)節(jié)的照明顏色。
特別地，可以節(jié)省例如紅色、綠色和藍(lán)色濾波器以及需要真sRGB 濾波器的附加成本。此外，可以避免錯(cuò)誤顏色空間中的變換以及CCD的 高曝光時(shí)間。再者，CCD的分辨率由于濾波器的原因而可以降低至三分 之一或四分之一。
依照本發(fā)明的另外的示例性實(shí)施例，所述系統(tǒng)的光源適于發(fā)射所述 不同波長(zhǎng)范圍中的至少兩個(gè)的波長(zhǎng)，其中所述范圍中的至少 一個(gè)包括至 少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)子范圍，所述采集單元適于在至少一個(gè)照明時(shí)段的每 一個(gè)中采集目標(biāo)的至少兩組圖像數(shù)據(jù)，并且對(duì)于至少兩組圖像數(shù)據(jù)中的 每一組，該采集單元對(duì)所述不同波長(zhǎng)子范圍中的至少一個(gè)敏感。該子范 圍構(gòu)成所述不同范圍之一的一部分。應(yīng)當(dāng)指出的是，這些子范圍也可以 部分地或者完全地重疊。這些子范圍不必彼此相同。因此，所述光源在 例如兩個(gè)照明時(shí)段中發(fā)射例如兩個(gè)不同的波長(zhǎng)，其中采集單元能夠感測(cè) 例如兩幅圖像，每幅圖像與所述兩個(gè)不同的波長(zhǎng)中的每一個(gè)相應(yīng)，從而 在當(dāng)前實(shí)例中，在每個(gè)照明時(shí)段中可以采集兩組圖像數(shù)據(jù)。因此，在兩 個(gè)照明時(shí)段之后，采集了四組圖像數(shù)據(jù)，其中所述圖像數(shù)據(jù)組中的每一 組代表目標(biāo)的不同光譜響應(yīng)。因此，可以利用具有包括多種顏色的光譜 的彩色閃光同時(shí)采集多幅圖像，使得得到不同圖像的序列采集和多色采 集的組合導(dǎo)致采集設(shè)備的尺寸和具有不同顏色光譜的相繼照明時(shí)段的 數(shù)量方面的最優(yōu)化。
依照本發(fā)明的另外的示例性實(shí)施例，所述多個(gè)光源被設(shè)置成使得對(duì) 于所述不同波長(zhǎng)范圍的相應(yīng)波長(zhǎng)以基本上相等的入射角實(shí)現(xiàn)照明。因 此，所述多幅獲得的圖像在光的位置以及目標(biāo)的陰影區(qū)域方面基本上沒(méi) 有差別。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述采集單元是多色采集設(shè)備，其允許 同時(shí)采集多組圖像數(shù)據(jù)。依照另外的示例性實(shí)施例，所述光源和采集設(shè)備適于獲得CIE標(biāo)準(zhǔn)
顏色空間的重建的圖像數(shù)據(jù)組。該CIE標(biāo)準(zhǔn)顏色空間更精確地表示了人
眼的光譜。因此，有可能獲得真彩色圖像，并且避免像素的光譜響應(yīng)與
人眼的光"i普響應(yīng)的不匹配。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述多個(gè)光源覆蓋發(fā)射380nm-830nm的 光譜的波長(zhǎng)。因此，人眼的整個(gè)可見(jiàn)光譜被覆蓋。應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā) 明也可以適用于紅外光和紫外光，并且還可以在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合適用于任何 其他的電磁輻射范圍。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述光源中的每一個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā) 光二極管(LED),其中這些發(fā)光二極管適于發(fā)射具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定 波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的光。
應(yīng)當(dāng)指出的是，光源可以包括僅僅一個(gè)發(fā)光二極管，但是也可以包 括多個(gè)相同顏色的LED以及多個(gè)不同顏色的LED,即多個(gè)不同波長(zhǎng)范圍 的LED。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述光源中的每一個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)激 光二極管，其中這些激光二極管適于發(fā)射具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)范圍 的波長(zhǎng)的光。
應(yīng)當(dāng)指出的是，光源可以包括僅僅一個(gè)激光二極管，但是也可以包 括多個(gè)相同顏色的激光二極管以及多個(gè)不同顏色的激光二極管，即多個(gè) 不同波長(zhǎng)范圍的激光二極管。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述采集設(shè)備是電荷耦合器件(CCD)。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述用于提供目標(biāo)的改進(jìn)的成像的方法 包括在相繼的一定數(shù)量的照明時(shí)段中利用多個(gè)光源照明目標(biāo)，其中這 些光源的至少 一部分發(fā)射具有不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的光，并且其中在所 述相繼的照明時(shí)段的至少一個(gè)中，由不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)照明目標(biāo)；在 至少兩個(gè)照明時(shí)段中采集目標(biāo)的至少四組圖像數(shù)據(jù)；以及將至少四組采 集的圖像數(shù)據(jù)重建為至少四維的顏色空間的圖像數(shù)據(jù)組。
依照本發(fā)明的另外的示例性實(shí)施例，所述方法還包括在所述相繼 的照明時(shí)段的至少四個(gè)中利用適于在至少四個(gè)照明時(shí)l殳的每 一 個(gè)中發(fā) 射具有不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的光的光源照明目標(biāo)；以及在至少四個(gè)照明 時(shí)段的每一個(gè)中采集目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)組。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述光源中的每一個(gè)在相繼的一定數(shù)量
8的照明時(shí)段之一 中照明目標(biāo)。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述采集被實(shí)現(xiàn)為單色采集。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述不同波長(zhǎng)范圍中的至少 一 個(gè)包括至 少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)子范圍，并且所述方法還包括在所述至少 一個(gè)照明時(shí) 段的每一個(gè)中采集目標(biāo)的至少兩組圖像數(shù)據(jù)，其中至少兩組圖像數(shù)據(jù)中 的每 一 組的采集對(duì)所述不同波長(zhǎng)子范圍中的至少 一 個(gè)敏感。
依照另外的示例性實(shí)施例，在所述至少 一個(gè)照明時(shí)段的每一個(gè)中時(shí) 間上并行地采集至少兩組圖像數(shù)據(jù)。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述多個(gè)光源的照明時(shí)段是連續(xù)的和/ 或周期性地重復(fù)。因此，所述方法也提供了對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)成像(即以便 獲得電影)的能力。
依照另外的示例性實(shí)施例，對(duì)于所述不同的波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)中的每 一個(gè)，以基本上相等的入射角實(shí)現(xiàn)照明。
依照另外的示例性實(shí)施例，所述采集被實(shí)現(xiàn)為多色采集。
依照另外的示例性實(shí)施例，提供了程序元件，其在由處理器執(zhí)行時(shí)， 適于4丸4于上述方'法。
依照另外的示例性實(shí)施例，提供了其上存儲(chǔ)了上述程序元件的計(jì)算 機(jī)可讀介質(zhì)。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上面的描述適用于系統(tǒng)以及所述方法、程序元件和 相應(yīng)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
可以看作本發(fā)明的要旨的是，通過(guò)使用顏色序列閃光進(jìn)行圖像的序
列采集來(lái)獲得多幅例如單色圖像，而不增加例如電荷耦合器件陣列的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實(shí)施例將變得清楚明白， 并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。
下面，將參照下列附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。


圖1示出了依照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的示意圖。
圖2示出了依照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方法的流程圖。
圖3示出了圖2中所示的本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法的詳細(xì)圖解過(guò)程。
圖4示出了依照本發(fā)明另 一 個(gè)示例性實(shí)施例的方法的流程圖。圖5示出了依照?qǐng)D 詳細(xì)圖解過(guò)程。
圖6示出了依照本覽圖。
圖7示出了依照本.
'J的示意性總
范圍的光譜。
圖8示出了 CIE標(biāo)準(zhǔn)顏色空間。 示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述
目標(biāo)12由光源ll或多個(gè)光源lla、 llb、 llc、 lld照明?？梢韵蜻@些 光源提供發(fā)光二極管(LED),例如高功率LED。這些LED可以按照時(shí) 間順序快速地閃光，使得在一定時(shí)段內(nèi)只有一種顏色在閃光。因此，在 每個(gè)時(shí)段內(nèi)可以由單 一 顏色照明目標(biāo)12,使得目標(biāo)以相繼的順序以不同 的顏色出現(xiàn)。采集單元14接收來(lái)自目標(biāo)12的反射光并且包括例如CCD芯 片。應(yīng)當(dāng)指出的是，任何其他類型的設(shè)備也可以用于接收和采集從目標(biāo) 12反射的光，比如光電二極管陣列等等。采集單元14可以包括單色或多 色采集設(shè)備。當(dāng)例如由兩個(gè)光源ll、 lla-lld同時(shí)照明目標(biāo)12時(shí)，多色采 集設(shè)備是必要的，使得采集設(shè)備可以獲得兩種不同顏色的兩幅圖像，即 采集設(shè)備對(duì)兩個(gè)不同的波長(zhǎng)敏感。
采集單元14采集多組圖像數(shù)據(jù)并且可以將該數(shù)據(jù)提供給重建單元 15,所述重建單元適于將采集的圖像數(shù)據(jù)組21a-21d重建為多維顏色空間 的圖像數(shù)據(jù)組22 。重建單元可以將重建的圖像數(shù)據(jù)組輸出到顯示設(shè)備17 或者可以將該數(shù)據(jù)輸出到另外的設(shè)備以便進(jìn)行任何后處理(未示出)。 所述多個(gè)光源ll、 11a-lld可以由控制單元13控制，其中控制單元13與光 源ll、 11a-lld之間的線18適于傳送用于多個(gè)光源的控制信號(hào)。這可以例 如通過(guò)具有多根分開(kāi)的導(dǎo)線的線或者通過(guò)能夠攜帶控制信號(hào)具有多個(gè) 信道(有線或無(wú)線)的線來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂茊卧?3也可以借助于線16連接到 重建單元15,例如通過(guò)具有多根分開(kāi)的導(dǎo)線的線或者通過(guò)能夠攜帶控制 信號(hào)具有多個(gè)信道(有線或無(wú)線)的線連接到重建單元15,以便使得光 源ll、 11a-lld的控制與接收自采集單元14的接收的圖像數(shù)據(jù)組21a-21d 同步。因此，可以將圖像數(shù)據(jù)組21a-21d分配給由光源11、 lla-lld發(fā)射 的正確的相應(yīng)波長(zhǎng)。
依照本發(fā)明的示例性實(shí)施例，光源ll的數(shù)量至少為四，然而，本發(fā)明并不限于此。也有可能僅僅提供兩個(gè)光源，其中每個(gè)光源包括例如能
夠發(fā)射兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光的LED 18,其中這種LED也可以看作兩個(gè)光 源。此外，也可以提供覆蓋大范圍的相對(duì)于人眼可見(jiàn)的光的大量光源， 所述范圍例如基本上為380nm-830nm?；旧弦馕吨辽?50-700nm。
依照另外的示例性實(shí)施例，提供的光源ll、 lla-lld彼此靠近，使得 相對(duì)于待照明的目標(biāo)12的入射角基本上相同，從而由于在橫向照明期間 出現(xiàn)的陰影，不同的圖像在亮暗位置方面差異不明顯。
圖2示出了依照本發(fā)明示例性實(shí)施例的流程圖。
目標(biāo)12以相繼的順序由例如具有預(yù)定波長(zhǎng)的光照明S1。接著，采集 圖像數(shù)據(jù)組S2。隨后，目標(biāo)由具有不同于第一預(yù)定波長(zhǎng)的第二預(yù)定波長(zhǎng) 的光照明S3，并且針對(duì)第二照明過(guò)程S3采集圖像數(shù)據(jù)組S4?？梢匀缦Ｍ?的那樣多次重復(fù)所述照明和采集過(guò)程，這取決于所述多個(gè)光源的不同顏 色，即不同波長(zhǎng)范圍的數(shù)量。SO代表照明的奇數(shù)過(guò)程，SE代表采集的 偶數(shù)過(guò)程?？梢灾芷谛缘刂貜?fù)步驟S1-SE的過(guò)程，例如以便獲得電影。 同時(shí)，可以將包括所述多組圖像數(shù)據(jù)的組提供給重建單元，從而可以重 建所述多組采集的圖像數(shù)據(jù)21a-21d S10以獲得多維顏色空間的圖像數(shù) 據(jù)組22。顏色空間的維數(shù)取決于以相繼的順序照明目標(biāo)12的不同波長(zhǎng)的 數(shù)量。
圖3給出了本發(fā)明示例性實(shí)施例的詳細(xì)效果。
在第一照明時(shí)段T1中，目標(biāo)12由具有波長(zhǎng)XI的光照明。應(yīng)當(dāng)指 出的是，波長(zhǎng)可以是主波長(zhǎng)，但是也可以包括一定范圍的波長(zhǎng)并且不限 于單色波長(zhǎng)。目標(biāo)12反射具有波長(zhǎng)X1的照明的光的輻射，使得該反射 的輻射可以由采集單元14進(jìn)行檢測(cè)。A代表能夠記錄反射光的強(qiáng)度的 單個(gè)像素。像素A可以是例如CCD芯片的像素。CCD芯片提供包括與 波長(zhǎng)XI相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)組21a。
在相繼的照明時(shí)段T2中，目標(biāo)12由第二波長(zhǎng)照明，其中采集 設(shè)備或CCD芯片接收具有波長(zhǎng)的反射光并且提供與由CCD芯片接 收的關(guān)于波長(zhǎng)A2的強(qiáng)度相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)組21b。該過(guò)程將在照明時(shí)段 T3期間利用具有波長(zhǎng)的光重復(fù)，并且在照明時(shí)段T4期間利用具有 波長(zhǎng)X4的光重復(fù)。因此，在當(dāng)前實(shí)例中，提供了四組圖像數(shù)據(jù)21a-21d， 每組與所述光源之一相應(yīng)，每個(gè)光源具有不同的波長(zhǎng)Xl-X4。將四組圖 像數(shù)據(jù)21a-21d饋送到重建單元，該重建單元將四組圖像數(shù)據(jù)21a-21d重建為重建的圖像數(shù)據(jù)組22。應(yīng)當(dāng)指出的是，可以提供用于聚焦等的任 何光學(xué)裝置(未示出)。
圖4示出了依照本發(fā)明另一個(gè)示例性實(shí)施例的方法的示意性流程。
依照?qǐng)D4所示的示例性實(shí)施例，在第一照明時(shí)段T5內(nèi)利用兩個(gè)不 同的波長(zhǎng)X1、 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)12的照明Sl、 S3。因此，目標(biāo)12由第一波 長(zhǎng)的光照明Sl并且同時(shí)由不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光 照明S3。接著，對(duì)于每個(gè)特定波長(zhǎng)的光，采集圖像數(shù)據(jù)組S2、 S2a、 S2b, 從而在采集過(guò)程期間獲得兩組圖像數(shù)據(jù)， 一組與利用第一波長(zhǎng)X1的光 進(jìn)行的照明Sl相應(yīng)，另一組與第二波長(zhǎng)X3的光進(jìn)行的照明S3相應(yīng)。 可以如需要的那樣多次重復(fù)該過(guò)程，這相應(yīng)地由S5、 S7、 S8、 S8a、 S8b 示出。重復(fù)的次數(shù)取決于所需的圖像數(shù)據(jù)組的數(shù)量。
可以重復(fù)整個(gè)過(guò)程Sl-S8，其中將所述多幅圖像饋送到重建單元以 便將獲得的和采集的圖像重建S10為多維顏色空間的圖像數(shù)據(jù)組。在圖 4所示的示例性實(shí)施例中，目標(biāo)12^C照明了四次Sl、 S3、 S5、 S7,其 中兩個(gè)照明S1、 S3以及S5、 S7是同時(shí)進(jìn)行的。因此，在每個(gè)所述照明 時(shí)段中，采集了兩組圖像數(shù)據(jù)S2a、 S2b以及S8a、 S8b,從而總共四組 圖像數(shù)據(jù)可用于重建S10四維顏色空間的圖像數(shù)據(jù)組。
通過(guò)重復(fù)該過(guò)程，可以獲得多幅多維顏色空間圖像，這例如在產(chǎn)生 電影時(shí)是有用的。
圖5給出了依照結(jié)合圖4所示的示例性實(shí)施例的過(guò)程的詳細(xì)圖解說(shuō)明。
在第一照明時(shí)段T5中，目標(biāo)12由具有第一波長(zhǎng)范圍的光照明， 其形成子范圍X1、X3。因此，目標(biāo)12可以同時(shí)由兩個(gè)不同的波長(zhǎng)子范 圍X1、 X3照明。在相繼的照明時(shí)段T6中，目標(biāo)由不同波長(zhǎng)范圍X6的 光照明，該范圍不同于前面的照明時(shí)段T5的波長(zhǎng)范圍人5。波長(zhǎng)范圍入6 包括子范圍X2、 M，從而目標(biāo)在照明時(shí)段T6期間由波長(zhǎng)X2和X4照明。 在這個(gè)實(shí)例中，選擇波長(zhǎng)使得得到的圖像數(shù)據(jù)組導(dǎo)致四維顏色 空間。事實(shí)上，本發(fā)明并不限于僅僅四個(gè)波長(zhǎng)。
反射的光由采集單元檢測(cè)和采集，所述采集單元包括采集設(shè)備，比 如CCD芯片。在當(dāng)前實(shí)例中，該采集設(shè)備包括兩種不同類型的像素A、 B，其中像素A例如對(duì)波長(zhǎng)X1和X2敏感，其中像素B對(duì)波長(zhǎng)X3和X4 敏感。在第一照明時(shí)段T5期間，目標(biāo)由波長(zhǎng)XI和的光照明，因而像素A (對(duì)XI和敏感)可以檢測(cè)波長(zhǎng)XI的光，并且像素B (對(duì)入3 和人4敏感)可以檢測(cè)波長(zhǎng)人3的光。在相繼的照明時(shí)段T6中，像素A (對(duì)XI和敏感)可以檢測(cè)波長(zhǎng)的光，并且像素B (對(duì)？3和敏 感)可以檢測(cè)波長(zhǎng)人4的光。因此，像素A在第一照明時(shí)段T5中用于采 集與波長(zhǎng)X1相應(yīng)的圖像的圖像數(shù)據(jù)，其中在相繼的照明時(shí)段T6中，相 同的像素用于采集與波長(zhǎng)相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，像素B在照明 時(shí)段T5中采集與A3相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)，并且在照明時(shí)段T6中采集與波 長(zhǎng)X4相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。因此，在照明時(shí)段T5中，可以獲得分別與波長(zhǎng) XI和相應(yīng)的兩組圖像數(shù)據(jù)21a、 21c,并且在照明時(shí)段T6中，可以 獲得分別與波長(zhǎng)X2和X4相應(yīng)的兩組圖像數(shù)據(jù)21b、 21d。因此，在只有 兩個(gè)照明時(shí)段T5、 T6期間，可以獲得與四個(gè)不同的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍相 應(yīng)的總共四幅圖像，以實(shí)現(xiàn)四維顏色空間的圖像數(shù)據(jù)組22。
應(yīng)當(dāng)指出的是，圖5僅僅是示例性圖示，并且在一個(gè)照明時(shí)段期間， 多于兩個(gè)不同的波長(zhǎng)也可以用于照明，并且也可以應(yīng)用能夠區(qū)分多于兩 個(gè)不同光波長(zhǎng)的采集設(shè)備，從而圖像的最大數(shù)量可以通過(guò)將不同的相繼 照明時(shí)段的數(shù)量與采集設(shè)備14能夠區(qū)分的不同圖像的數(shù)量相乘來(lái)確定。
圖6示出了照明時(shí)段序列，其中X1、 X2、 X3和X4的序列被周期性 地重復(fù)，因?yàn)檎彰鲿r(shí)段T1、 T2、 T3、 T4是周期性重復(fù)的。應(yīng)當(dāng)指出的 是，本發(fā)明并不限于如圖6所示將Tl分配給波長(zhǎng)XI,將照明時(shí)段T2 分配給等等。還應(yīng)當(dāng)指出的是，依照示例性實(shí)施例，這些照明時(shí)段 在序列中是連續(xù)的，然而，本發(fā)明并不限于此。而且，該序列也可以具 有中斷或者照明時(shí)段之間的中間時(shí)段。此外，每個(gè)時(shí)段可以具有相同的 長(zhǎng)度或者可以具有不同的長(zhǎng)度。
此外，本發(fā)明并不限于四個(gè)照明時(shí)段，并且此外并不限于四個(gè)不同 的波長(zhǎng)。
為了獲得更好的結(jié)果，提供更多的波長(zhǎng)是有利的。 圖7示出了可以由人眼識(shí)別的光的光譜。特別地，該光譜可以處于 380nm-830nm的范圍內(nèi)。在圖7中，將光"i普示為矩形，然而，實(shí)際的光 語(yǔ)并沒(méi)有陡峭的斜坡并且在光語(yǔ)范圍內(nèi)不均勻。然而，該圖示對(duì)于進(jìn)行 說(shuō)明是有利的。
圖7示出了兩個(gè)不同的波長(zhǎng)范圍X5、 X6,其中這些不同的范圍中的 每一個(gè)包括兩個(gè)子范圍XI、人3以及X2、 X4。對(duì)于范圍X5而言，子范圍部分重疊。范圍包括兩個(gè)子范圍X2、 其中范圍完全由范圍 覆蓋。應(yīng)當(dāng)指出的是，范圍入5和的組合也可以構(gòu)成包括子范圍入5 和的范圍，其中子范圍和在這種情況下不重疊并且不整體構(gòu) 成連續(xù)的范圍。
當(dāng)使用任何類型的重疊范圍時(shí)，有必要區(qū)分與不同波長(zhǎng)或者不同波 長(zhǎng)范圍X1、 X3或X2、 X4相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)組的各部分。這可以通過(guò)差分 圖像采集來(lái)進(jìn)行，其允許也在白晝期間使用這些技術(shù)。 差分圖像采集可以由下式表示 wij (dl) = gnij (dl) + bnij (dl) + mij (dl) b—wij = w(dl) + bij(f) r—wij = w(dl) + rij(f) g一wij = w(dl) + gij(f)
這里，wij(dl)是通過(guò)日光照明給出的像素信號(hào)，其包含所有的疊加 顏色。b—wij是由經(jīng)由日光和閃光(這里為藍(lán)顏色)的照明給出的像素 信號(hào)。因此，可以根據(jù)減法bij(f)二b—wij-wij(dl)計(jì)算感興趣的像素信 號(hào)bl。
通過(guò)以下等式給出像素S,的信號(hào)的近似。
/1=830扁 ；i二830wm
& = J" ; (，(/L) (義)t/;U J" / (義y(義)義(義) W "
在該等式中，p(X)是照明目標(biāo)表面的功率譜，r(X)是該目標(biāo)的未知反 射率，x(X)為顏色匹配函數(shù)，Sy(X)是CCD像素ij的光鐠響應(yīng)。因此，在 常規(guī)的圖像采集中， 一個(gè)主要任務(wù)是精確地近似顏色匹配函數(shù)x、 y和z。
代替在CCD像素Sy上使用這些特殊濾波器的是，重建照明的目標(biāo) 的反射率。因此，假設(shè)反射率為一組基函數(shù)bn(X)的線性組合。
為此，不再需要通過(guò)顏色匹配函數(shù)投影到顏色空間。在其中利用通 過(guò)閃光Pk給出的光照明目標(biāo)的給定時(shí)刻tk,可以將這個(gè)等式重新寫(xiě)成
W 義二830m "=1 義二380wm利用其他N-1種顏色重復(fù)該采集，得到N個(gè)方程的系統(tǒng)，其確定關(guān) 于所應(yīng)用的模型的未知系數(shù)(Dn以及因而目標(biāo)的反射率。應(yīng)當(dāng)指出的是， 所有的積分項(xiàng)已知并且因而積分是已知的。
'
J們'.■ 一
這個(gè)過(guò)程必須應(yīng)用到所有像素。
圖8將CIE顏色空間的圖表示為二維圖示，其中數(shù)字和拋物形線表 示波長(zhǎng)，并且因而當(dāng)表示顏色時(shí)覆蓋整個(gè)光語(yǔ)。380和700之間的直線 表示紫色線。該CIE顏色空間用作定義顏色的標(biāo)準(zhǔn)參考以及其他顏色空 間的參考。
應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于發(fā)射紅外光或紫外光的光源以 及相應(yīng)的采集單元。本發(fā)明也可以應(yīng)用到代替光的任何其他電磁輻射。
本發(fā)明構(gòu)成通過(guò)幾乎所有的數(shù)碼相機(jī)或移動(dòng)電話中使用的CCD傳 感器進(jìn)行的圖像采集的可替換方式。代替使用復(fù)雜的濾波的RGB或 RGBE CCD芯片的是，本發(fā)明可以使用具有序列彩色閃光的單色CCD 陣列以便采集真彩色圖像。所提出的技術(shù)主要涉及圖像采集，其中閃光 對(duì)所述采集過(guò)程有顯著的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明可以應(yīng)用于數(shù)字圖像采集以及用于圖片和電影的未來(lái)設(shè)備 中。此外，本發(fā)明可以應(yīng)用于目標(biāo)表面的光語(yǔ)測(cè)量中，例如應(yīng)用于目標(biāo) 的顏色的精確確定中。
應(yīng)當(dāng)指出的是，措詞"包括"并沒(méi)有排除其他的元件或步驟，并且 "一"或"一個(gè)"并沒(méi)有排除多個(gè)。此外，可以對(duì)結(jié)合不同實(shí)施例描述 的元件進(jìn)行組合。
應(yīng)當(dāng)指出的是，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被視為對(duì)權(quán)利要求的 范圍的限制。
1權(quán)利要求
1.用于提供目標(biāo)的改進(jìn)的成像的系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括多個(gè)適于照明目標(biāo)(12)的光源(11，11a-11d)，其中這些光源(11，11a-11d)的至少一部分適于發(fā)射具有不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)(λ1-λ6)的光；控制單元(13)，其適于控制所述多個(gè)光源(11，11a-11d)，使得所述多個(gè)光源(11，11a-11d)在相繼的一定數(shù)量的照明時(shí)段(T1-T6)中照明目標(biāo)(12)，其中在所述相繼的照明時(shí)段(T1-T6)的至少兩個(gè)中，目標(biāo)(12)由不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)(λ1-λ6)照明；采集單元(14)，其適于在所述至少兩個(gè)照明時(shí)段(T1-T6)內(nèi)采集目標(biāo)(12)的至少四組圖像數(shù)據(jù)(21a-21d)；以及重建單元(15)，其適于將所述至少四組采集的圖像數(shù)據(jù)(21a-21d)重建為至少四維的顏色空間的圖像數(shù)據(jù)組(22)。
2. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，還包括至少四個(gè)適于發(fā)射具有不同波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)(Xl-X6)的光的光源(lla-lld)。
3. 權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中所述采集單元(14)是單色采集設(shè)備。
4. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述光源(11， ]la-lld)適于發(fā)射所述不同波長(zhǎng)范圍中的至少兩個(gè)(人5， X6),并且其中所述范圍中的至少一個(gè)X6)包括至少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)子范圍(XI, X3; X2， X4);所述采集(14)單元適于在所述至少兩個(gè)照明時(shí)段(T5， T6)的每一個(gè)中采集目標(biāo)(12)的至少兩組圖像數(shù)據(jù)(21a, 21c; 21b， 21d);并且對(duì)于所述至少兩組圖像數(shù)據(jù)(21a, 21c; 21b， 21d)中的每一組，該采集單元(15)對(duì)所述不同波長(zhǎng)子范圍(XI, X4)中的至少一個(gè)敏感。
5. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)光源(11， lla-lld)的至少一部分被設(shè)置成使得對(duì)于所述不同波長(zhǎng)范圍的相應(yīng)波長(zhǎng)以基本上相等的入射角實(shí)現(xiàn)照明。
6. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述采集單元(14)是多色采集設(shè)備。
7. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述光源(11, lla-lld)和采集單元(14)適于獲得CIE標(biāo)準(zhǔn)顏色空間的重建的圖像數(shù)據(jù)組(22 )。
8. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)光源(11, lla-lld)覆蓋發(fā)射基本上380nm-830nm的光譜的波長(zhǎng)。
9. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述光源(11, lla-lld)包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(18),其中這些發(fā)光二極管(18)中的每一個(gè)適于發(fā)射具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)范圍(Xl-X6)的波長(zhǎng)的光。
10. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述光源(11, lla-lld)包括一個(gè)或多個(gè)激光二極管(18)，其中這些激光二極管(18)中的每一個(gè)適于發(fā)射具有一個(gè)或多個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)范圍(Xl-X6)的波長(zhǎng)的光。
11. 權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述采集設(shè)備是電荷耦合器件。
12. 用于提供目標(biāo)的改進(jìn)的成像的方法，該方法包括在相繼的一定數(shù)量的照明時(shí)段(Tl-T6)中利用多個(gè)光源(11,lla-lld)照明(S1, S3， S5， S7, SO)目標(biāo)(12),其中這些光源(11,lla-lld)的至少一部分發(fā)射具有不同波長(zhǎng)范圍(Xl-X6)的波長(zhǎng)的光，并且其中在所述相繼的照明時(shí)段(Tl-T6)的至少兩個(gè)中，目標(biāo)(12)由不同波長(zhǎng)范圍(Xl-入6)的波長(zhǎng)照明；在所述至少兩個(gè)照明時(shí)段(Tl-T6)中采集(S2, S2a, S2b, S4,S8, S8a， S8b, SE)目標(biāo)(12)的至少四組圖像數(shù)據(jù)(21a-21d);以及將所述至少四組采集的圖像數(shù)據(jù)(21a-21d)重建(S10)為至少四維的顏色空間的圖像數(shù)據(jù)組(22 )。
13. 權(quán)利要求12的方法，還包括在所述相繼的照明時(shí)段的至少四個(gè)(Tl-T4)中利用適于在所述至少四個(gè)照明時(shí)段(Tl-T4)的每一個(gè)中發(fā)射具有不同波長(zhǎng)范圍(Xl-X6)的波長(zhǎng)的光的光源(11, lla-lld)照明(Sl， S3， SO)目標(biāo)(12);以及在所述至少四個(gè)照明時(shí)段(Tl-T4)的每一個(gè)中采集(S2, S4, SE)目標(biāo)(12)的圖像數(shù)據(jù)組(21a-21d)。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中每個(gè)光源(11, lla-lld)中只有一個(gè)在相繼的一定數(shù)量的照明時(shí)段(Tl-T4)之一中照明目標(biāo)(12)。
15. 權(quán)利要求13的方法，其中所述采集(S2， S4, SE)被實(shí)現(xiàn)為單色采集。
16. 權(quán)利要求12的方法，其中所述不同波長(zhǎng)范圍中的至少兩個(gè)X6)包括至少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)子范圍(XI, X3; X2，人4),并且所述方法還包括在所述至少兩個(gè)照明時(shí)段(T5, T6 )的每一個(gè)中采集目標(biāo)(12 )的至少兩組圖像數(shù)據(jù)(21a， 21c; 21b, 21d),其中所述至少兩組圖像數(shù)據(jù)(21a, 21c; 21b， 21d)中的每一組的采集(S2, S2a, S2b， S8,S8a, S8b)對(duì)所述不同波長(zhǎng)子范圍(X1-X4)中的至少一個(gè)敏感。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中在至少一個(gè)照明時(shí)段(T5， T6)的每一個(gè)中時(shí)間上并行地采集所述至少兩組圖像數(shù)據(jù)(21a, 21c; 21b, 21d)。
18. 權(quán)利要求12的方法，其中所述多個(gè)光源(lla-lld)的照明時(shí)段(Tl-T6)是連續(xù)的和/或周期性地重復(fù)的。
19. 權(quán)利要求12的方法，其中對(duì)于所述不同的波長(zhǎng)范圍(？a-X4)的波長(zhǎng)中的每一個(gè)，以基本上相等的入射角實(shí)現(xiàn)照明(SI, S3， S5, S7)。
20. 權(quán)利要求12的方法，其中所述采集(Sl, S3, S5, S7)被實(shí)現(xiàn)為多色采集。
21. 程序元件，其在由處理器執(zhí)行時(shí)，適于執(zhí)行權(quán)利要求l-20的方法。
22. 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)了權(quán)利要求21的程序元件。
全文摘要
一種方法和系統(tǒng)，通過(guò)使用顏色序列閃光進(jìn)行圖像的序列采集來(lái)采集多幅例如單色圖像而獲得目標(biāo)的更逼真的圖像，而不增加例如電荷耦合器件陣列的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01N21/25GK101563650SQ200780047431
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
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