[發明專利]一種基于多色濾光的瞬態成像動態范圍擴展方法

有效

• 申請號: 201711084295.5
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107786818B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 嚴明;楊少華;李剛;劉璐;郭明安;李斌康
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/232;H04N5/225
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明提出一種基于多色濾光的瞬態成像動態范圍擴展方法，能夠適用于瞬態過程圖像診斷，系統結構簡明，實現成本低。該方法所采用的圖像傳感器為彩色圖像傳感器，或者為覆蓋有多色鍍膜或多色透鏡的灰度圖像傳感器；包括以下步驟：利用高速相機中像增強器的高時間分辨快門功能，將瞬態現象的某一時刻場景定格；利用像增強器熒光屏余輝所具有的發光光譜特征，通過多色濾光獲取到衰減系數不同的的多幅子圖像，其中衰減系數較小的子圖像能夠獲取亮度較低的場景圖像，衰減系數較大的子圖像能夠獲取亮度較高的場景圖像；通過子圖像插值計算獲得高分辨率的高動態范圍瞬態圖像。

技術領域

本發明涉及一種瞬態成像動態范圍擴展方法，具體涉及一種能夠應用于瞬態過程時間分辨圖像診斷的瞬態成像動態范圍擴展方法。

背景技術

基于圖像傳感器和像增強器的高速相機在瞬態物理過程研究領域中應用廣泛。目前常用的圖像傳感器主要有兩種：CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。在瞬態物理過程研究中，由于對時間分辨要求極高，高速相機一般采用像增強器構成ICCD或ICMOS相機，其中像增強器通常具有10²～10⁵的光增益，可以補償光學耦合過程中的能量損失，起到光增益的作用，同時像增強器的開門時間相對于CCD或CMOS傳感器的電子快門或高速機械快門裝置要快2～3個數量級以上。因此，可以將像增強器作為光快門選通器件，對高速瞬態過程進行高時間分辨成像。在爆轟效應、高速碰撞和等離子體實驗等瞬態物理研究領域中，所要診斷測試的目標往往具有非常高的動態范圍，在利用高速相機進行成像時曝光時間過長，較亮的區域會出現飽和，曝光時間過短，較暗的區域則不能夠分辨，在這種應用條件下需要對瞬態成像系統的動態范圍進行擴展。

目前，成像系統動態范圍擴展的方法有很多種，其中雙幀曝光甚至多幀曝光圖像融合技術是一種發展較早、應用比較廣泛的動態擴展方法。它的原理是：對同一場景進行兩次或者多次曝光拍攝，分別獲取不同曝光條件下的圖像信息，然后通過圖像融合實現動態擴展。但是這種方法只對靜態場景或相對靜態場景有效，亦即在多次曝光拍攝時，目標場景不變或變化極小；而對于瞬態過程來說，難以在極短的時間內進行多次曝光成像，在進行多次拍攝的過程中目標狀態已經發生了變化，因此進行圖像融合已經沒有了意義。另外一種實現方法是采用多臺相機，通過預設不同的光圈值或曝光時間，采用分光鏡使多臺相機能夠獲取同一時刻的目標圖像，從而能夠進行圖像融合。但是這種方法的缺點是系統過于復雜，價格昂貴，而且光學對準帶來的多幅圖像之間的誤差也會對最終的圖像融合結果帶來影響。

發明內容

本發明提出一種基于多色濾光的瞬態成像動態范圍擴展方法，能夠適用于瞬態過程圖像診斷，系統結構簡明，實現成本低。

本發明的技術解決方案為：

基于多色濾光的瞬態成像動態范圍擴展方法，所采用的圖像傳感器為彩色圖像傳感器，或者為覆蓋有多色鍍膜或多色透鏡的灰度圖像傳感器；包括以下步驟：

利用高速相機中像增強器的高時間分辨快門功能，將瞬態現象的某一時刻場景定格；

利用像增強器熒光屏余輝所具有的發光光譜特征，通過多色濾光獲取到衰減系數不同的的多幅子圖像，其中衰減系數較小的子圖像能夠獲取亮度較低的場景圖像，衰減系數較大的子圖像能夠獲取亮度較高的場景圖像；

基于以上方案，本發明的具體實現步驟如下：

1】選取圖像傳感器和像增強器，并進行光學耦合；

2】對耦合后得到的成像系統，在不同光照強度下進行灰度值標定，獲取不同光強下不同顏色濾光像素對應的圖像灰度值；

3】通過標定數據(即上述不同顏色濾光像素對應的圖像灰度值)，計算得到不同顏色濾光像素的光照強度線性度曲線；

4】在瞬態現象發生過程中，觸發像增強器開關進行曝光，使用圖像傳感器進行瞬態過程圖像記錄；