基于数字微镜器件的高动态范围场景像素级调光技术研究

对于空间目标成像探测和科学成像应用,通常要求成像设备的动态范围达到60dB以上。为了对高动态场景进行实时有效观测,设计了一种利用数字微镜器件(DMD)作为像素级空间光调制器的成像系统。为了消除镜元与像元不匹配造成的采集图像失真,实现像素级的调光控制,提出一种利用摩尔条纹相位性质装调测试系统的方法,控制调光位置精度达到0.4pixel。在此基础上提出一种高效实时的调光算法,利用DMD调制每一个像素的有效积分时间,调光后图像熵值优于调光前。实验结果表明,DMD调光成像系统能够对约90dB动态范围场景进行调光成像,并实时输出显示,帧频达90frame/s。     

基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求,设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成,采用TI公司的数字微镜阵列（DMD）作为光强调制器件,通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接,并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应,设计结果显示:在像面的Nyquist频率处,全视场的MTF0.55,弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸,并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围,还能够实时地探测到强弱目标,满足空间目标视景成像的要求。     

一种基于双通道CMOS相机的低照度动态场景HDR融合方法

高动态范围成像技术能够全面有效反映场景信息,有利于在高动态范围场景下获得高质量的成像。但当前常用的基于单台相机的多次曝光融合方法在动态场景下易出现“鬼影”问题,基于多个传感器同时曝光的系统复杂且价格昂贵,基于单幅低动态范围图像的拓展方法易丢失欠曝光或过曝光区域的细节信息,且多用于较好的照明条件。针对低照度动态场景成像,研究了一种基于双通道低照度CMOS相机的高动态范围图像融合方法,对双通道CMOS相机采集低照度动态场景两幅不同曝光图像,依据累计直方图拓展原则分别进行动态范围拓展,并采用像素级融合方法对动态范围拓展的序列图像进行融合。实验表明,动态范围拓展融合方法可满足低照度动态场景下获取高动态范围图像的应用要求,获得更佳的成像质量。     

基于压缩感知高反光成像技术研究

高反光物体成像时反射的光强容易超出传感器接收光强的最大量化值,使得采集图像部分区域图像失真,严重影响信息传递。为了改善高反光成像饱和区域中数据丢失的状况,该文结合压缩感知这一新的采样理论提出基于压缩感知高反光成像方法,利用特定测量矩阵对目标图像进行线性采样,将CCD图像传感器的单个光强采样值与测量矩阵中的分布数据对应结合,对整合后的数据用算法进行恢复重建实现被测目标在高光环境中成像。以峰值信噪比和灰度直方图作为客观评定标准。实验表明,该成像方法鲁棒性较强、可行性较高,直方图检测饱和像素占比为0%,峰值信噪比为58.37 dB实现了在高光环境下不含饱和光成像,为压缩感知在成像应用中提供了新的方向。     

相机响应函数标定算法研究进展

高动态范围成像技术能够避免因为拍摄方向如逆光和曝光量的不同而使图像存在亮度和色差影响真实场景的信息采集,有利于复杂环境下获得更高的成像质量,因此被广泛应用于模式识别、智能交通系统、遥感遥测、军事监视侦察等众多领域,具有重要的研究价值。相机响应函数的标定是高动态范围成像技术的关键步骤,能够获得真实场景的辐照度与获得图像像素值之间的映射关系,从而通过该映射关系获得拍摄的真实场景的高动态范围图像。文章对目前现有的相机响应函数标定算法进行分类总结,可为相机响应函数标定算法的研究思路与方法提供借鉴。Abstract:关键词:Key words:     

基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法

为了合理降低液晶显示器的背光功耗,抑制像素补偿导致的截断噪声,减少显示图像的颜色和亮度失真,对基于图像特征的液晶显示器动态调光算法进行研究。首先,根据液晶显示器特性介绍了区域调光算法处理过程,分析了截断噪声产生的原因。提出了基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法,即基于最大值法得到初始背光值,根据图像局部区域亮度与初始背光分布图对应区域亮度的相似程度修正初始背光值,通过模糊-掩模方法模拟背光的混光扩散过程,结合像素补偿得到调光图像。实验结果表明,使用基于图像局部亮度的液晶显示器动态调光算法处理后,背光功耗平均降低约31.54%;截断噪声平均低至像素总和的1.17%;L~*a~*b颜色空间峰值信噪比(LabPSNR)平均达到37.11dB。应用该算法能够合理降低显示器的背光功耗,使图像的截断噪声得到显著抑制,颜色和亮度失真明显改善,对于各类图像都具有良好的适用性。     

数字微镜器件在光电设备中的应用

鉴于数字微镜器件(DMD)良好的空间光调制性能,对其在光电设备中的应用及关键技术进行了深入研究。在分析DMD在数字投影系统中所能实现的最大帧频与系统结构形式、灰度级及DMD类型的关系基础上,给出了多DMD串联实现高灰度级的方案。探讨了利用DMD空间调制特性增强系统性能的具体实现方式,包括高动态范围成像、像素内目标特征检测、探测器像元几何超分辨、压缩感知及成像光谱仪等,并给出了应用过程中涉及的关键技术,如高动态范围成像中各像元曝光时间的确定、DMD微镜与探测器像元之间的几何配准、运动平台条件下探测器和目标之间相对运动以及DMD微镜填充率对系统性能的影响。各微镜角度可灵活控制、存储单元更新频率更高的DMD应用于可编程成像系统将是未来的发展方向。     

运动平台红外凝视场景的仿真

对空间运动载体平台上的红外凝视探测器成像仿真是深空探测红外图像信息处理算法研究的基础性工作.在传统的场景仿真中,成像弥散、相机与目标的运动对图像的影响往往被忽略,为了对红外凝视成像系统所成场景进行合理仿真,在对红外凝视成像原理和探测器自身运动、探测目标运动的动力学方程进行分析后,分别对影响红外凝视成像效果的红外成像探测器探测距离、弥散现象、成像面积、自身运动和目标运动等因素进行推导和建模,得到了红外凝视成像系统目标作用距离、弥散圆能量分布,目标成像面积以及相机运动耦合的理论表达式以解决成像平台运动时目标成像高逼真度仿真的问题.最后进行了目标运动与探测器运动条件下的场景仿真.仿真图像表明了模型的有效性.     

基于像素偏振片阵列的实时水下目标成像技术

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现,这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像,从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强,最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明,将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度,且成像处理过程实时快速,进一步提高了水下目标的探测效率。     

像素级自适应融合的夜间图像增强

针对夜间图像整体亮度低、图像细节多集中在较低灰度级范围内的特点,本文提出了一种像素级自适应融合的夜间图像增强方法。首先,通过高通滤波的方式滤除图像的大部分暗背景信息,以整体增强图像各区域灰度细节;然后,将滤波后的图像与原始图像进行像素级自适应加权融合,其中每个像素点对应的两个权值取决于滤波图像内对应像素值与目标模糊集、背景模糊集的接近情况:越接近目标模糊集,滤波图像对应像素权值增大,同时原始图像对应像素权值减小;越接近背景模糊集,则相反,以此来进一步增强图像的全局对比度,增强视觉效果。实验结果表明:增强后的夜间图像在灰度细节和全局对比度方面都得到了显著提高。对于320×256分辨率的灰度图像,在CPU主频为3.0GHz的硬件环境下,处理时间小于10ms。采用本文方法处理的夜间退化图像的成像质量得到了明显改善,且其良好的实时性能够更好地满足工程应用需求。     

A computational image sensor with adaptive pixel-based integrationtime

An image sensor is proposed in which the pixel adapts its integration time to motion and light. The integration time of each pixel is shortened if motion is detected in the pixel or pixel intensity becomes saturated. The adaptivity of motion and light significantly enhances temporal resolution and dynamic range of the sensor. Because the integration time differs pixel-by-pixel, a scene containing both a bright and a dark region will be captured by pixels of shorter and longer integration times. Because the integration time adapts to motion, higher temporal resolution is obtained in a moving area and a higher signal-to-noise ratio in a static area. The control of the integration time is done on the sensor focal plane, with column parallel processing circuits integrated in CMOS image sensor. A prototype of 32×32 pixels has been fabricated by using 1-poly 2-metal CMOS 1-μm process. The fundamental functions have been verified. By the experiments, it has been verified that the sensor can reduce motion blur by adapting the integration time to motion and achieve wide dynamic range by adapting to light when the minimum integration interval is 680 μs     

暗原色先验自适应图像去雾方法

针对传统暗原色先验去雾算法存在的亮区域色彩失真、去雾参 数人工设定等问题,提出了一种基于暗原色先验改进的自适应图像去雾方法。首先,提出快 速OSTU法对雾霾图像亮暗区域进行自适应分割,并分区域获取亮暗区域的暗原色值;其次, 根据亮区域分布情况,对不同区域大气光强进行自适应估计;接着,通过分析雾霾图像直方 图特征,提出采用灰度集中度法自适应计算去雾系数;然后,运用色阶自适应调整方法进行 输出图像的色彩调整;最后,通过开展对比实验,验证了本文算法的优越性。主客观 评价结果表明:本文方法无需人为设定去雾参数,具有较好的 鲁棒性,可适用于多种浓度、 各种场景雾霾图像的去雾处理,获取的图像清晰、色彩自然,对比度高。     

基于DMD的动态红外景象仿真系统

基于DMD的动态红外景象仿真系统以全数字化、高图像质量等优越的性能,在红外成像系统半实物仿真性能测试中得到越来越多的关注.文中介绍了基于DMD的动态红外景象仿真系统的基本组成与工作原理;建立了系统的性能指标体系,包括帧频、视场、出瞳口径、空间分辨率、温度分辨率、温度范围、图像对比度等,并给出系统主要性能参数的选择与确定方法;分析了系统的关键技术,如窗口更换、数据处理电路和驱动电路设计、红外照明光源设计、红外准直光学系统设计、红外热像逼真度修正等;最后指出DMD在实际应用中存在的问题,为系统设计、应用以及性能评价提供参考.     

天基红外探测载荷自适应调节方法研究

在天基遥感探测应用中,动态范围、时空变化率是影响红外高温目标高精度探测与跟踪识别的重要因素。通常受探测器暗电流、电路噪声等因素的影响,探测系统的单景动态范围一般小于72 dB左右,难以覆盖动态范围达100 dB左右的超强目标,降低了目标的识别能力和定量化描述精度。针对以上问题,提出了一种探测载荷自适应参数调节技术,通过自适应双曝光策略调整积分时间,能够在最大化目标探测信噪比的同时实现对目标能量的精确描述。仿真实验结果表明:所提方法操作简单,且能有效地实现整个动态范围内对目标的探测与描述。该方法可为天基目标智能化探测研究提供有益参考。     

数字微镜器件的远场焦斑测量方法

提出了一种基于数字微镜器件（Digital Micro-mirror Device,DMD）的高功率激光远场焦斑大动态测量方法。采用DMD对焦斑主瓣和旁瓣区域进行分离,用两路CCD分别测量,通过图像拼接实现两路测量结果的融合,获得大动态焦斑数据。DMD由数字信号控制,通过改变控制信号模板,可以快速适应不同形态焦斑的测量。具体分析了DMD焦斑分割原理及DMD控制信号模板的获取,说明了焦斑重构时所需的图像校正和对准方法,实验验证了新方法的可行性。结果表明:文中方法的测量动态范围可以达到3 000:1以上。     

In-pixel autoexposure CMOS APS

A CMOS active pixel sensor (APS) with in-pixel autoexposure and a wide dynamic-range linear output is described. The chip features a unique architecture enabling a customized number of additional bits per pixel per readout, with minimal effect on the sensor spatial or temporal resolution. By utilizing multiple readouts via real-time feedback, each pixel in the field of view can automatically set an independent exposure time, according to its illumination. A customized, large increase in the dynamic range can be achieved and a scene containing both bright and dark regions can be captured. A prototype of 64 /spl times/ 64 pixels has been fabricated using 1-poly 3-metal CMOS 0.5 /spl mu/m n-well process available through MOSIS. Power dissipation is 3.7 mW at V/sub DD/ = 5 V. The special functions have been verified experimentally, and an increase of 2 bits over the inherent dynamic range captured is shown.     

LED芯片损坏和缺陷识别

对LED芯片生产过程中出现的缺陷和损坏现象进行了分析和归类.提取芯片图像暗点数、边缘点数、块数、面积和亮点数5种与芯片位置无关的图像特征,通过建立正态分布模型,并基于最小风险贝叶斯决策构建分类器对各种缺陷和损坏芯片进行识别.实验表明该方法具有较高的精度和效率,能够满足LED芯片外观检测的需要.

Abstract：

The defective and damaged LED chips appearing in the production process were analyzed and classified. The five kinds of image features: dark pixel number, edge pixel number, blocks number, area and bright pixel number which are irrelevant to the chip position were extracted from the chip image. The minimum risk Bayesian classifier which can recognize various kinds of defective and damaged chips was established based on normal distribution model. Experimental results show that this method has high accuracy and efficiency and can meet the requirements of the appearance detection of LED chips.