[發(fā)明專利]成像系統(tǒng)及成像方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110797688.0
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113382176A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張恒;曹景太
• 申請（專利權(quán)）人: 長春長光奧閏光電科技有限公司
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235
• 代理公司: 長春中科長光知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

一種成像系統(tǒng)，包括形成閉環(huán)控制的成像單元、調(diào)節(jié)單元、控制單元，成像單元形成成像平面；控制單元用于根據(jù)成像單元接收的信號發(fā)出控制調(diào)節(jié)單元的光衰減值的控制信號；調(diào)節(jié)單元用于根據(jù)控制單元的控制信號，調(diào)整入射光束的強(qiáng)度；成像單元用于接收調(diào)整強(qiáng)度后的入射光束；調(diào)節(jié)單元包括可變光衰減器陣列和可變光衰減器陣列的驅(qū)動，通過控制驅(qū)動調(diào)節(jié)可變光衰減器陣列的電壓，對調(diào)節(jié)單元的光衰減值進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對入射光束的強(qiáng)度調(diào)節(jié)，并將調(diào)節(jié)強(qiáng)度后的光信號傳遞至成像單元；可變光衰減器陣列形成調(diào)節(jié)平面。本發(fā)明提出成像系統(tǒng)及成像方法能夠提高圖像傳感器的動態(tài)范圍，可以實(shí)現(xiàn)逐個像元高精度調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種成像系統(tǒng)及成像方法。

背景技術(shù)

圖像傳感器的質(zhì)量由多種因素決定，其中最直觀的因素包括圖像的亮度、噪聲和動態(tài)范圍等。動態(tài)范圍是圖像傳感器的核心參數(shù)，用于表征圖像傳感器對強(qiáng)光和弱光同時分辨的能力，是衡量其成像能力的關(guān)鍵指標(biāo)。圖像傳感器的動態(tài)范圍越高，就可以同時探測更大光強(qiáng)范圍內(nèi)的場景信息，圖像的細(xì)節(jié)也更豐富。圖像傳感器的動態(tài)范圍與像元尺寸直接相關(guān)，受到加工工藝的限制。在像元尺寸固定的條件下提高動態(tài)范圍是科學(xué)和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)，目前已發(fā)明出雙光電二極管、高低電壓增益切換、同一目標(biāo)多次曝光、后期多幀圖像合成等方式，但普遍存在操作復(fù)雜、后期處理繁瑣等問題，尤其是上述方法均無法實(shí)現(xiàn)以像元為單位調(diào)節(jié)動態(tài)范圍。

液晶空間光調(diào)制器又稱為液晶光閥(Liquid Crystal Light Valve,LCLV)，是一種利用液晶的電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光場調(diào)制、可編程的器件，分為透射式和反射式兩種。其在空間上是由若干液晶像素單元組成二維陣列，每個像素均可獨(dú)立地接受外部信號的控制，并根據(jù)控制信號改變自身的光學(xué)性質(zhì)，包括振幅、相位、頻率等參數(shù)。液晶空間光調(diào)制器具有驅(qū)動電壓低、分辨率高、結(jié)構(gòu)簡單、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，是目前使用最多的一種空間光調(diào)制器，主要的應(yīng)用場景是高功率激光裝置中和自適應(yīng)光學(xué)領(lǐng)域。

目前，提高圖像傳感器動態(tài)范圍的方式主要是從像元結(jié)構(gòu)本身和控制處理策略兩個方面入手，針對像元結(jié)構(gòu)本身的方法普遍受限于加工工藝，難度大、成本高；高低電壓增益切換、同一目標(biāo)多次曝光、后期多幀圖像合成等從控制處理策略入手的方法則普遍存在操作復(fù)雜、后期處理繁瑣以及只能逐幀調(diào)整、無法逐個像元調(diào)節(jié)等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種成像系統(tǒng)及成像方法。

一種成像系統(tǒng)，包括成像單元、調(diào)節(jié)單元、控制單元，其中，所述成像單元為圖像傳感器，用于接收入射光束光強(qiáng)度的信號，所述控制單元根據(jù)所述成像單元接收的所述信號控制所述調(diào)節(jié)單元的光衰減值；所述成像單元形成成像平面；所述調(diào)節(jié)單元包括可變光衰減器陣列和驅(qū)動，通過控制所述驅(qū)動調(diào)節(jié)所述可變光衰減器陣列的電壓，對所述調(diào)節(jié)單元的光衰減值進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對所述入射光束光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，并將調(diào)節(jié)后光強(qiáng)度的信號傳遞至所述成像單元；所述可變光衰減器陣列形成調(diào)節(jié)平面；所述成像平面與所述調(diào)節(jié)平面平行；所述控制單元分別與所述成像單元、所述調(diào)節(jié)單元相連接，用于所述成像單元和所述調(diào)節(jié)單元之間的信號控制和傳輸；所述控制單元、所述成像單元和所述調(diào)節(jié)單元構(gòu)成光衰減控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述可變光衰減器陣列為液晶空間光調(diào)制器。

進(jìn)一步地，所述液晶空間光調(diào)制器為透射式。

進(jìn)一步地，所述成像單元為像元陣列，所述像元陣列中每個像元的位置與所述液晶空間光調(diào)制器中每個像素的位置一一對應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述成像單元為InGaAs探測器、Pbs探測器、CCD探測器、CMOS探測器或光電倍增管中的任意一種。

進(jìn)一步地，所述控制單元為FPGA芯片或MCU芯片。

一種成像方法，包括以下步驟：

S1、所述成像單元將接收到的入射光束的光強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換為圖像灰度值數(shù)據(jù)，并傳遞至所述控制單元。