[發(fā)明專利]光學(xué)成像相機(jī)的中高頻MTF在線補(bǔ)償與增強(qiáng)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110376289.3
• 申請(qǐng)日: 2011-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN102510444A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田維堅(jiān);董會(huì);溫亞楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島市光電工程技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H04N5/232
• 分類號(hào): H04N5/232;H04N5/205
• 代理公司: 青島海昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所有限公司 37201
• 代理人: 張中南

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)成像相機(jī)的中高頻MTF在線補(bǔ)償與增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

光學(xué)成像相機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，光、機(jī)、電、信號(hào)處理的設(shè)計(jì)具有相對(duì)較強(qiáng)的獨(dú)立性，其工作過程如下：光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的并行光學(xué)圖像信息輸入到圖像傳感器后，圖像傳感器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出離散的模擬圖像信號(hào)，進(jìn)而通過電子學(xué)處理電路進(jìn)行低噪聲、小信號(hào)放大，然后采用相關(guān)雙采樣(CDS)消除相關(guān)噪聲，再對(duì)去除相關(guān)噪聲的視頻圖像信號(hào)進(jìn)行增益放大和調(diào)整，最后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)電路對(duì)模擬圖像進(jìn)行數(shù)字量化，輸出量化后的數(shù)字圖像。

根據(jù)傅里葉光學(xué)理論，經(jīng)典光學(xué)成像相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)是一個(gè)低通濾波器，景物或目標(biāo)圖像經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)后，其高頻信息嚴(yán)重丟失、中頻信息被衰減，使得獲取的圖像細(xì)節(jié)信息比較模糊，需要進(jìn)行光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)補(bǔ)償(Modulation?Transfer?Function，縮寫為MTF)的圖像復(fù)原。

中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?00810191794.9的發(fā)明專利公開了一種基于MTF補(bǔ)償?shù)膱D像復(fù)原方法，該發(fā)明通過指數(shù)調(diào)節(jié)MTF曲線的下降趨勢(shì)，并將奈奎斯特頻率處的MTF值調(diào)升到0.5左右，該發(fā)明能夠在增強(qiáng)圖像的紋理細(xì)節(jié)的同時(shí)不增大噪聲；中國(guó)申請(qǐng)?zhí)枮?01010543517.7的發(fā)明專利公開了一種基于最佳核形狀的小波MTF補(bǔ)償方法，可以為在軌動(dòng)態(tài)MTF較低的成像系統(tǒng)提供MTF提升，提高圖像質(zhì)量等級(jí)，改善系統(tǒng)性能。

但以上方法均為傳統(tǒng)的后處理MTF增強(qiáng)或補(bǔ)償方法，需要大量計(jì)算和重新量化處理，無法兼顧補(bǔ)償?shù)膶?shí)時(shí)性和原始數(shù)據(jù)保真性。因此，急需要提供一種對(duì)中高頻信息在線增強(qiáng)和補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)成像相機(jī)的中高頻MTF在線補(bǔ)償與增強(qiáng)方法，本發(fā)明的方法根據(jù)光學(xué)成像相機(jī)中光學(xué)系統(tǒng)和圖像傳感器的低通濾波器特性，采用多級(jí)狀態(tài)可調(diào)中高頻圖像信息補(bǔ)償與增強(qiáng)的低通濾波技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)的模擬圖像信號(hào)進(jìn)行中高頻信息在線增強(qiáng)和補(bǔ)償，從而彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明的方法，是在光學(xué)成像相機(jī)的信號(hào)處理電路中，在視頻增益放大電路之后、A/D電路之前增加不少于一個(gè)的MTF在線補(bǔ)償單元，所述的MTF在線補(bǔ)償單元由一個(gè)狀態(tài)可調(diào)中高頻增強(qiáng)低通濾波器和一個(gè)對(duì)應(yīng)的阻抗匹配電路構(gòu)成。

上述的MTF在線補(bǔ)償單元的數(shù)目為兩個(gè)或以上。

上述的MTF在線補(bǔ)償單元中的狀態(tài)可調(diào)中高頻增強(qiáng)低通濾波器，是由三個(gè)運(yùn)算放大器串行連接組成。

所述的阻抗匹配電路，的放大倍數(shù)為1，輸入阻抗為無窮大，輸出阻抗為0。

本發(fā)明還涉及采用上述方法進(jìn)行中高頻MTF在線補(bǔ)償與增強(qiáng)的光學(xué)成像相機(jī)

本發(fā)明的方法可有效改善圖像中高頻細(xì)節(jié)信息，提高圖像的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF和圖像信噪比SNR，獲取像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)圖像，有利于圖像的視覺解釋、判讀或計(jì)算機(jī)自動(dòng)判讀和識(shí)別。同時(shí)，本發(fā)明的方法能夠提高光學(xué)成像相機(jī)電子學(xué)中高頻圖像信息增強(qiáng)和補(bǔ)償能力，從而實(shí)現(xiàn)在適當(dāng)降低的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)精度要求的情況下，仍然可以獲得像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)數(shù)字圖像，實(shí)現(xiàn)真正的光、機(jī)、電、信號(hào)處理一體化光學(xué)成像相機(jī)的設(shè)計(jì)。

附圖說明

圖1：光學(xué)成像系統(tǒng)中有MTF在線補(bǔ)償單元時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖；

圖2：MTF二級(jí)在線補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)流程圖；

圖3：阻抗匹配電路的電路示意圖；

圖4：狀態(tài)可調(diào)中高頻增強(qiáng)濾波器的電路圖；

圖5：品質(zhì)因子Q較小時(shí)可調(diào)中高頻信息增強(qiáng)濾波器頻率特性圖；

圖6：品質(zhì)因子Q較大時(shí)可調(diào)中高頻信息增強(qiáng)濾波器頻率特性圖；

圖7：二級(jí)串聯(lián)中高頻信息增強(qiáng)處理后系統(tǒng)的頻率信息變化情況示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的方法是在光學(xué)成像相機(jī)的信號(hào)處理電路中，在視頻增益放大電路和A/D量化電路單元之間加入了MTF在線補(bǔ)償單元，所述的MTF在線補(bǔ)償單元由一個(gè)狀態(tài)可調(diào)中高頻增強(qiáng)低通濾波器和一個(gè)對(duì)應(yīng)的阻抗匹配電路構(gòu)成。

上述的MTF在線補(bǔ)償單元中的狀態(tài)可調(diào)中高頻增強(qiáng)低通濾波器，是由三個(gè)運(yùn)算放大器按圖4電路串行連接組成(圖4，O1-O3代表運(yùn)算放大器)，具有如圖5所示的可調(diào)中高頻增強(qiáng)低通濾波器的頻率特性，同時(shí)三個(gè)運(yùn)算放大器串行連接可以使電路系統(tǒng)的頻率特性在中高頻擁有較大的放大倍數(shù)，能夠?qū)ψ杩蛊ヅ淠K電路輸出的圖像中高頻信息進(jìn)行增強(qiáng)和補(bǔ)償，同時(shí)有效抑制高頻噪聲，即實(shí)現(xiàn)電路既能穩(wěn)定工作，避免電路產(chǎn)生振蕩、振鈴或反射，又能有效補(bǔ)償和增強(qiáng)中高頻圖像信息、抑制高頻噪聲。