[發(fā)明專利]平列式彩色線陣CCD的自適應(yīng)矯正算法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710957296.X
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107749937A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 儲珺
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市中瑞微視光電有限公司
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/235;H04N5/359;H04N17/00
• 代理公司: 深圳市博太聯(lián)眾專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)44354
• 代理人: 郭曉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)領(lǐng)域，具體為平列式彩色線陣CCD的自適應(yīng)矯正算法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器,是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎(chǔ)上研制而成的模擬集成電路芯片,集光電轉(zhuǎn)換、光積分、掃描三種功能為一體。其基本部分由MOS光敏元陣列和讀出移位寄存器組成。CCD器件具有體積小、質(zhì)量小、耐振動沖擊、受環(huán)境電磁場影響小、工作距離大、測量準(zhǔn)確度高、成本低等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、機器視覺、宇航遙感、微光夜視、成像制導(dǎo)、數(shù)字全息、自動監(jiān)控等諸多領(lǐng)域。獲取高質(zhì)量的圖像信號是這些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CD傳感器的共同要求。對于線陣CCD采集系統(tǒng),當(dāng)攝像機對光照絕對均勻的物體成像時,理論上所有的像素應(yīng)該具有同樣的灰度。而實際上并非如此,以下因素決定了圖像的灰度非均勻性:1光源照明的非均勻性；2鏡頭邊緣的Cos4θ效應(yīng)減少了光通量傳輸,造成邊緣圖像的光照度遠低于中心圖像照度；3傳感器的像素光電響應(yīng)非一致性；4固定模式噪聲的影響。當(dāng)采用等光量均勻照明時,如果每個像素點的響應(yīng)靈敏度不同,就會在圖像上形成縱向的條帶圖像,條帶上像素與其鄰域像素灰度值不同,這源于對于像素的FPN噪聲和光電響應(yīng)非一致性。

CCD是一種技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的圖像傳感器，已成為高端數(shù)字?jǐn)z像的主流器件。根據(jù)器件結(jié)構(gòu)的不同，CCD器件可以分為線陣CCD和面陣CCD。一個理想的線陣CCD在被絕對均勻的光場照射時，各像素輸出的灰度應(yīng)該是完全相同的，但是實際情況并非如此。如果不經(jīng)校正就投入使用，將在實際應(yīng)用中產(chǎn)生不利影響，因此，需要對器件進行非均勻性校正，因此必須采用一定的校正算法消除以上因素帶來的影響,以提高圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對光電響應(yīng)不均勻性的特點,采用兩點法對線陣CCD非均勻性噪聲進行校正，解決了背景技術(shù)中所提出的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方法：平列式彩色線陣CCD的自適應(yīng)矯正算法及系統(tǒng)，包括攝像機硬件本體、校正系數(shù)算法、FPGA硬件芯片和線陣CCD非均勻性檢測系統(tǒng)，所述攝像機硬件本體包括A/D轉(zhuǎn)換單元、校正實現(xiàn)單元、邏輯控制和雙口RAM，CCD視頻數(shù)據(jù)進入所述A/D轉(zhuǎn)換單元處理，所述A/D轉(zhuǎn)換單元與校正實現(xiàn)單元、邏輯控制和雙口RAM數(shù)據(jù)連通；

所述校正系數(shù)算法是將攝像機的輸出圖像數(shù)據(jù)看作是攝像機輸入的非線性函數(shù),即g(x)＝N(f(x))，X---像素的圖像幀存位置值，因此,g(x)可以在固定輸入值f0(x)處,根據(jù)臺勞級數(shù)展開得：

即，g(x)＝a0(x)+a1(x)f(x)+a2(x)f2(x)+…。其中,a0(x),a2(x),…為常系數(shù)，對于高質(zhì)量的線陣傳感器,二階以上的高階項可忽略不計，攝像機輸入近似為：f＝g(x)-a0(x)a1(x),只要確定了常系數(shù)a0(x),a1(x),就可以對攝像機進行校正，為了實現(xiàn)校正算法,首先分析每個像素點的響應(yīng),而且每個CCD器件都不相同,并應(yīng)考慮溫度和曝光時間的影響,校正算法即求出校正因子和暗偏置，兩點校正法如下進行：

A，在不曝光的情況下,測試CCD器件的每個像素輸出,即測出像素的暗偏置的值，y(DN)＝x{n(DN)-a}式中:y(DN)———校正輸出值,即g(x)；x———校正因子,即上面的a1(x)；n(DN)———原始數(shù)據(jù)值,即上面的f(x)；a———暗偏置的值；

B，將CCD曝光于已知的一定級別的均勻照明,并使之接近飽和曝光量,即讓CCD輸出接近Vsat的飽和輸出電壓,兩個極限點測量確定了校正因子,其它中間點的測量可以用作參考值,從而確立校正曲線；x＝Vsat/{n(DN)100％-a}式中:Vsat———飽和輸出電壓；n(DN)100％———接近100％曝光情況下像素輸出灰度值；a———暗偏置的值；(-x＊a)＝a0(x)。在求解常系數(shù)a1(x)和a0(x)過程中,對于每個像素可以取多個定標(biāo)點,得到的方程寫成矩陣格式為

由于方程個數(shù)多于未知數(shù)的個數(shù),因此可以采用最小二乘法來求解a1(x)和a0(x)的值,這樣可以得到精確的校正系數(shù)。

優(yōu)選的，所述A/D轉(zhuǎn)換單元與所述邏輯控制采用像元同步和行同步。

優(yōu)選的，所述FPGA硬件芯片設(shè)為可編程，所述FPGA硬件芯片可以適應(yīng)各個CCD器件的校正參數(shù)靈活改變；所述FPGA硬件芯片邏輯資源可滿足校正算法及控制邏輯電路的實現(xiàn)；所述FPGA硬件芯片的內(nèi)部專有結(jié)構(gòu)適合乘法器、數(shù)字信號處理等算法的實現(xiàn)。