基于dmd的雙目高動(dòng)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(dòng)態(tài)福射場(chǎng)景的成像探測(cè)領(lǐng)域，涉及到一種基于DMD(Digital Micromirror Device)的雙目高動(dòng)態(tài)調(diào)光方法，具體地說(shuō)是一種結(jié)合DMD光學(xué)結(jié)構(gòu)原理對(duì)場(chǎng) 景進(jìn)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(dòng)態(tài)場(chǎng)景中同時(shí)觀測(cè)到亮目標(biāo)和暗目標(biāo)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。數(shù)字微鏡陣列 DMD結(jié)合圖像傳感器進(jìn)行高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景觀測(cè)可以有效地提高系統(tǒng)的動(dòng)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(kāi)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(gè)鏡片對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。上百萬(wàn)的微鏡 用鉸鏈建造在CMOS存儲(chǔ)器上，每個(gè)微鏡單元下有一對(duì)尋址電極與其下方的SRAM單元CMOS電 路的電壓互補(bǔ)端通過(guò)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(guò)改變每 個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)的尋址電壓可以單獨(dú)控制微鏡的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)DMD受到光源照射時(shí)，微鏡面的正負(fù)兩 態(tài)將入射光以?xún)煞N角度反射。
[0004] -般的基于DMD的調(diào)光系統(tǒng)是由一個(gè)DMD和一個(gè)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(chēng)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(chēng)為圖像的"暗態(tài)"。通過(guò)控制DMD微鏡在一個(gè)幀周期內(nèi)處于"0N"和"OFF"狀態(tài) 的時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DMD相對(duì)應(yīng)的像元的光強(qiáng)調(diào)制，我們稱(chēng)DMD在這個(gè)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(chǎng)景在不同調(diào)光權(quán)值下的圖像，然后對(duì) 采集的到圖像進(jìn)行合成，從而獲得場(chǎng)景的高動(dòng)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(qiáng)調(diào)制技術(shù)調(diào)光速度慢且只能針對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的問(wèn)題，提 供一種基于DMD的雙目高動(dòng)態(tài)調(diào)光成像系統(tǒng)及成像方法。
[0006] 基于DMD的雙目高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景調(diào)光成像系統(tǒng)，包括主物鏡和兩組轉(zhuǎn)置物鏡，兩個(gè)圖像 傳感器和DMD微鏡陣列；
[0007] 高動(dòng)態(tài)目標(biāo)場(chǎng)景經(jīng)過(guò)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(jìn)行翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景光強(qiáng)的調(diào)制，調(diào)制后的場(chǎng)景分別經(jīng)過(guò)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(dòng)態(tài)目標(biāo) 場(chǎng)景中亮目標(biāo)的信息，第二圖像傳感器采集所述高動(dòng)態(tài)目標(biāo)場(chǎng)景中暗目標(biāo)的信息，對(duì)采集 到亮目標(biāo)圖像和暗目標(biāo)圖像進(jìn)行處理，獲得高動(dòng)態(tài)圖像。
[0008] 基于DMD的雙目高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景調(diào)光成像方法，該方法由以下步驟實(shí)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(shí)間和第二圖像傳感器 (2)的積分時(shí)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(shí)間作為參考基準(zhǔn);所述第二圖像 傳感器(2)的積分時(shí)間與第一圖像傳感器(1)的積分時(shí)間比為α;用下式表示為：
[0012] 式中，I(x，y)為原始目標(biāo)場(chǎng)景，ri為第一圖像傳感器接收亮目標(biāo)圖像 fl(x，y)對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(shí)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(shí)刻的場(chǎng)景圖像；
[0015] 步驟三、高動(dòng)態(tài)場(chǎng)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(chǎng)景圖像按照對(duì) 應(yīng)的調(diào)光權(quán)值從小到大依次排列，并選取閾值，對(duì)圖像像元位置設(shè)立標(biāo)志位，一個(gè)標(biāo)志位對(duì) 應(yīng)所有圖像中的同一個(gè)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(jìn)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(duì)應(yīng)的標(biāo)志位未被標(biāo)記，如果是，則對(duì)該像元執(zhí)行步驟三四；如果否，則不對(duì)該像元進(jìn)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(chǎng)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(shí)際調(diào)光權(quán)值結(jié)合，獲得所有未標(biāo)記像 元所對(duì)應(yīng)的高動(dòng)態(tài)場(chǎng)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(duì)應(yīng)的實(shí)際調(diào)光權(quán)值，獲得該像元所對(duì)應(yīng)的 高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景圖像中的灰度值，并將所對(duì)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(jì)，同時(shí)對(duì)高動(dòng) 態(tài)場(chǎng)景進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制和成像;本發(fā)明采用兩路相機(jī)的積分時(shí)間可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié) 合DMD的調(diào)制權(quán)值可以實(shí)現(xiàn)雙路相機(jī)同時(shí)采集高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景在兩個(gè)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(shí)刻可以 采集到兩幅任意調(diào)光權(quán)值的場(chǎng)景圖像，與基于DMD的單目高動(dòng)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(shí)刻可以獲得跟高動(dòng)態(tài)范圍的場(chǎng)景信息。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明所述的基于DMD的雙目高動(dòng)態(tài)場(chǎng)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(dòng)態(tài)場(chǎng)景調(diào)光成像方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]
【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中調(diào)光成像系統(tǒng)的整個(gè)光 路由主物鏡3和兩組轉(zhuǎn)置物鏡，兩個(gè)性能參數(shù)相同的圖像傳感器和一個(gè)DMD微鏡陣列組成。 高動(dòng)態(tài)目標(biāo)場(chǎng)景7經(jīng)過(guò)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(jìn)行翻 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景光強(qiáng)的調(diào)制。在一幀時(shí)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(duì)應(yīng)的調(diào)光權(quán)值，占空比越大，調(diào)光權(quán)值越大，對(duì)場(chǎng)景亮度的衰減越小。調(diào)制 后的場(chǎng)景分別經(jīng)過(guò)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(fù)責(zé)采集場(chǎng)景中較亮目標(biāo)的信息，第二圖像傳感器2負(fù)責(zé) 采集場(chǎng)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(duì)應(yīng)的調(diào)光權(quán) 值小，另一條光路所對(duì)應(yīng)的調(diào)光權(quán)值大。改變兩光路的調(diào)光權(quán)值對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行多次采集后，對(duì) 采集到的圖像進(jìn)行處理，從而得到高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的高動(dòng)態(tài)圖像。
[00