[發(fā)明專利]黑白面陣CCD相機(jī)平場(chǎng)校正方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710943920.0
• 申請(qǐng)日: 2017-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN107835337A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟然;姜安;崔峰;朱海濤;賴海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京中科慧眼科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/217
• 分類號(hào): H04N5/217;H04N5/365
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11502
• 代理人: 李海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相機(jī)校正技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種黑白面陣CCD相機(jī)平場(chǎng)校正方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高質(zhì)量圖像是指能夠真實(shí)地記錄被測(cè)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、紋理或顏色的圖像。機(jī)器視覺系統(tǒng)通過對(duì)圖像的處理和分析，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的分類、識(shí)別、檢測(cè)或測(cè)量。高質(zhì)量的圖像有利于圖像分割、邊緣提取等處理，有利于特征提取以及最終的分類、識(shí)別、檢測(cè)或測(cè)量。因此，獲取高質(zhì)量的圖像是構(gòu)建機(jī)器視覺系統(tǒng)的第一步。

對(duì)于應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器視覺系統(tǒng)，許多都是利用黑白面陣CCD相機(jī)(下文簡(jiǎn)稱“CCD相機(jī)”)在固定成像環(huán)境(如：光源照度、曝光時(shí)間等)下，進(jìn)行目標(biāo)圖像的采集。此類系統(tǒng)影響圖像質(zhì)量的因素主要有三個(gè)方面，即：相機(jī)、光源和被攝物體本身。對(duì)于CCD相機(jī)而言，即使在照度均勻的光源照射下，對(duì)灰度特性均勻的目標(biāo)進(jìn)行成像，仍然可能會(huì)有一些小的不均勻性(又稱作“不平場(chǎng)”)存在，這種不均勻性主要是由相機(jī)本身響應(yīng)的不均勻性、暗電流以及偏置所引起的。只有通過有效的平場(chǎng)校正方法對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步校正，方可使校正后的圖像能夠真實(shí)地表現(xiàn)被測(cè)目標(biāo)的亮度信息。

理想的CCD相機(jī)可看作一個(gè)理想系統(tǒng)，其陣列上各個(gè)光敏單元在完全相同的照射條件下，會(huì)產(chǎn)生數(shù)量相同的輸出電荷，即輸出強(qiáng)度均勻的圖像。而實(shí)用的CCD相機(jī)并非是理想系統(tǒng)，對(duì)于一個(gè)目標(biāo)其輸出的圖像可記做Image(x,y)，它包括以下幾個(gè)部分：

偏置圖像：即使曝光時(shí)間為0，仍會(huì)有一個(gè)圖像輸出，記做Offset(x,y)。

暗場(chǎng)圖像：即使沒有光照，仍會(huì)有一個(gè)隨時(shí)間增強(qiáng)的暗場(chǎng)圖像輸出，記做Dark(x,y)。

目標(biāo)圖像：由被測(cè)目標(biāo)產(chǎn)生的光電子像，記做Signal(x,y)。即：

Image(x,y)＝Signal(x,y)+Dark(x,y)+Offset(x,y)公式(1)

對(duì)于一個(gè)灰度均勻的目標(biāo)，可能會(huì)輸出一個(gè)強(qiáng)度不均勻的目標(biāo)圖像，記做Standard(x,y)，設(shè)其真實(shí)灰度值為Gray。在完全相同的條件下，相機(jī)采集某一目標(biāo)的圖像，其輸出為Object(x,y)，如果希望將其恢復(fù)成一個(gè)通過理想系統(tǒng)所成的像Object′(x,y)，則：

上述過程即為對(duì)CCD相機(jī)進(jìn)行了平場(chǎng)校正。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于公開一種新的黑白面陣CCD相機(jī)平場(chǎng)校正方法及系統(tǒng)。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明公開一種黑白面陣CCD相機(jī)平場(chǎng)校正方法，包括：

關(guān)閉CCD相機(jī)的光圈，采集暗本底圖像，得到與圖像排列方式相同的暗本底矩陣Mat_a；

在正常使用條件下(即滿足能正常拍照的條件)，采集標(biāo)準(zhǔn)白平衡紙圖像，得到與圖像排列方式相同的標(biāo)準(zhǔn)白矩陣Mat_b和灰度特性矩陣

在所述CCD相機(jī)響應(yīng)特性與光源入射光線強(qiáng)度特性與采集標(biāo)準(zhǔn)白平衡紙圖像相同的條件下，采集實(shí)際目標(biāo)圖像，得到實(shí)際圖像矩陣Mat_s；

計(jì)算所述實(shí)際圖像經(jīng)平場(chǎng)校正后的相對(duì)灰度特性矩陣計(jì)算公式為：

可選地，上述響應(yīng)特性以矩陣X表示，所述矩陣X對(duì)應(yīng)光敏單元(x,y)的響應(yīng)特性X(x,y)為：X(x,y)＝Y(jié)_c×k_c×f(x,y)×M_c；

其中，Y_c為相機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，k_c為所述光敏單元的注入時(shí)間與電子電荷量的乘積，f(x,y)為所述光敏單元量子效率η(x,y)與受光面積A(x,y)的乘積，M_c為反映目標(biāo)的灰度特性入射光強(qiáng)度ω_r(x,y)、反射光強(qiáng)度n_f(x,y)三者映射關(guān)系的常系數(shù)，其中，

上述入射光強(qiáng)度特性以矩陣ω_r表示，所述入射光強(qiáng)度ω_r(x,y)為所述矩陣ω_r相對(duì)于圖像排列方式的矩陣元素。

基于上述方法的啟示，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)應(yīng)開發(fā)一套執(zhí)行上述方法的配套系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：

第一參數(shù)獲取模塊，用于關(guān)閉CCD相機(jī)的光圈，采集暗本底圖像，得到與圖像排列方式相同的暗本底矩陣Mat_a；

第二參數(shù)獲取模塊，用于在正常使用條件下，采集標(biāo)準(zhǔn)白平衡紙圖像，得到與圖像排列方式相同的標(biāo)準(zhǔn)白矩陣Mat_b和灰度特性矩陣