专利名称：使黑白ccd实现彩色功能的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种用三色发光二极管使黑白CCD实现彩色功能的方法和装置。
三管CCD彩色分光系统是采用分光棱镜将成像光束分为红、绿、兰三束光(见
图1)，并将它们分别成像在三个黑白CCD上，每一个CCD各将一种色彩的光强度信息记录在存储器上，再通过软件合成、处理，从而完成彩色景物的摄像或摄影，这种系统复杂、体积大、工艺性差、成本高。
彩色CCD系统是在CCD的每一个象素晶片上加上不同的滤色器排列成棋盘式(见图2)。由于彩色CCD制造工艺的特殊性，无法做到用三基色分色和还原。
本发明的目的是由以下技术方案实现的使黑白CCD实现彩色功能的方法包括以下步骤(1)用不同的颜色光源照射被观察目标来代替不同颜色的滤色片来分离和单独获取被观察目标的颜色信息；(2)将单独获取的被观察目标的颜色信息形合，通过专业软件处理便获得所需的彩色图形。
所述的方法具体包括以下步骤
(1)三色发光二极管作为照明光源，轮换发射红、绿、蓝三种单色光，通过均匀照明系统，均匀地照射在被观察的物体上。
(2)CCD或CMOS接收的第一个周期的信息记录为红色图、CCD或CMOS接收的第二个周期的信息记录为绿色图、CCD或CMOS接收的第三个周期的信息记录为蓝色图。
(3)三次记录的单色图形合，通过专业软件处理便获得所需的彩色图形。
上述步骤1中的三色发光二极管受电子阀门控制进行频闪，频闪依次为红、绿、蓝、红、绿、蓝…三种单色光，频率为1/75，通过均匀照明系统，均匀地照射在被观察的物体上，同一颜色的闪动频率为1/25秒，即闪动隔二次为一颜色周期。
所述的电子阀门的发射频率和周期与专业软件的颜色跟踪处理实现同步。
上述步骤1中由手动控制三色二极管发光。
上述方法中使用的装置包括在光路上依次设置的三色发光二极管、均匀照明系统、成像物镜、CCD接口物镜和图像传感器，其中三色发光二极管经发光控制装置控制，轮换发射红、绿、蓝三种单色光，通过均匀照明系统照射在被观察物体上，被单色光照明的物体经成像物镜成像后，由CCD接口物镜成像到图像传感器上，再传输至图像处理装置，由其中的专业软件将代表3个基色的黑白图像，处理为彩色图像。
所述的发光控制装置包括接收频闪频率和周期信息的电子阀门，通过接收信息从而控制三色发光二极管发光。
所述的电子阀门的发射频率和周期与专业软件的颜色跟踪处理实现同步。
所述的均匀照明系统可以依次由集光透镜组、复眼透镜组和聚光镜组组成，三色发光二极管与组成复眼透镜组的各个透镜的轴心平行。
本发明的优点和效果1、从上述分析我们得知彩色CCD系统是由4个象素组成一个象元。因此它的真实分辨率降低了4倍。三色发光二极管与黑白CCD是一个象素代表一个象元。因此，同样的象素它比前者高4倍。例如它是200万象素就相当于彩色CCD系统的800万象素质量。因此有极大的经济价值。
2、黑白CCD不用在CCD的每一个象素晶片上加不同的滤色器，比彩色CCD制工艺性好价格低。
3、彩色CCD系统会产生伪彩色，比如说一个极小的白点落在红象素晶片上它会成为一个红点，这就是产生伪彩色的原因。因此有的彩色CCD系统加入用二片石英镜片组成的低通片。使用低通片会造成成像清晰度的降低。用三色发光二极管结合黑白CCD所构成的系统就不存在伪彩色的现象，成像质量有保证，又降低成本。
如图3所示，本发明采用三色发光二极管1作为照明光源，通过电子阀门7使具有发射红、绿、蓝三种单色光功能的三色发光二极管1轮换发射红、绿、蓝三种单色光，通过由复眼透镜和聚光镜系统组成的复眼结构的均匀照明系统2，均匀地照射在被观察的物体3上。被单色光照明的物体经成像物镜4成像后，由CCD接口物镜5成像到黑白CCD或者CMOS接收面图像传感器6上，通过前述的图像传感器6本身、或者外围电路处理系统形成数字图像信号，传输至图像处理装置8获得代表3个基色的黑白图像，进行形合，处理成为彩色图像。该图像处理装置8可以是计算机内的专业图像处理软件(已有技术)。这期间，三色发光二极管1的电子阀门7和图像传感器6所连接的计算机连接在一起，能够实现电子阀门7的颜色发射和计算机中专业图像处理软件的颜色跟踪处理同步。
如图4所示，上述的均匀照明系统2依次包括集光透镜组21、复眼透镜组23和聚光镜组25，三色发光二极管1与附属的集光和聚光透镜组的光轴心重合或平行，该轴心与组成复眼透镜组23的各个透镜的轴心平行，复眼透镜组23前设置的可变光阑22和聚光镜组25前设置的可变光阑24可以控制照明光束的孔径角，便于对相应的物镜的孔径角进行匹配。
获取彩色图形有动态和静态两种方式。
所述的动态方式通过计算机8控制电子阀门7使三色发光二极管1进行频闪，频率为1/75秒(注三色发光二极管频率响应可达1000Hz)。频闪依次为红、绿、蓝、红、绿、蓝…。同一颜色的闪动频率为1/25秒，即闪动隔二次为一颜色周期。CCD或CMOS接收的第一个周期的信息记录为红色图、CCD或CMOS接收的第二个周期的信息记录为绿色图、CCD或CMOS接收的第三个周期的信息记录为兰色图。三次记录的单色图形合，通过计算机8处理便获得所需彩色图形。这样的频率，人眼感觉不出有什么变化。
所述的静态方式人工控制开红灯，CCD或CMOS接收的信息记录为红色图；开绿灯，CCD或CMOS接收的信息记录为绿色图；开兰灯，CCD或CMOS接收的信息记录为兰色图，同样三次记录的单色图形合，处理后便获得所需要的彩色图形。
权利要求
1.一种使黑白CCD实现彩色功能的方法，其特征在于包括以下步骤(1)用不同的颜色光源照射被观察目标来代替不同颜色的滤色片来分离和单独获取被观察目标的颜色信息；(2)将单独获取的被观察目标的颜色信息形合，通过专业软件处理便获得所需的彩色图形。
2.根据权利要求1所述的使黑白CCD实现彩色功能的方法，其特征在于(1)三色发光二极管作为照明光源，轮换发射红、绿、蓝三种单色光，通过均匀照明系统，均匀地照射在被观察的物体上。(2)CCD或CMOS接收的第一个周期的信息记录为红色图、CCD或CMOS接收的第二个周期的信息记录为绿色图、CCD或CMOS接收的第三个周期的信息记录为蓝色图。(3)三次记录的单色图形合，通过专业软件处理便获得所需的彩色图形。
3.根据权利要求2所述的使黑白CCD实现彩色功能的方法，其特征在于上述步骤1中的三色发光二极管受电子阀门控制进行频闪，频闪依次为红、绿、蓝、红、绿、蓝…三种单色光，频率为1/75，通过均匀照明系统，均匀地照射在被观察的物体上，同一颜色的闪动频率为1/25秒，即闪动隔二次为一颜色周期。
4.根据权利要求3所述的使黑白CCD实现彩色功能的方法，其特征在于所述的电子阀门的发射频率和周期与专业软件的颜色跟踪处理实现同步。
5.根据权利要求2所述的使黑白CCD实现彩色功能的方法，其特征在于上述步骤1中由手动控制三色二极管发光。
6.使黑白CCD实现彩色功能的装置，其特征在于在光路上依次设置三色发光二极管、均匀照明系统、成像物镜、CCD接口物镜和图像传感器，其中三色发光二极管经发光控制装置控制，轮换发射红、绿、蓝三种单色光，通过均匀照明系统照射在被观察物体上，被单色光照明的物体经成像物镜成像后，由CCD接口物镜成像到黑白CCD或者CMOS接收面图像传感器上，再传输至图像处理装置，由其中的专业软件将代表3个基色的黑白图像形合，处理为彩色图像。
7.根据权利要求6所述的使黑白CCD实现彩色功能的装置，其特征在于所述的发光控制装置包括接收频闪频率和周期信息的电子阀门，通过接收信息从而控制三色发光二极管发光。
8.根据权利要求7所述的使黑白CCD实现彩色功能的装置，其特征在于所述的电子阀门的发射频率和周期与专业软件的颜色跟踪处理实现同步。
9.根据权利要求6所述的使黑白CCD实现彩色功能的装置，其特征在于所述的均匀照明系统可以依次由集光透镜组、复眼透镜组和聚光镜组组成，三色发光二极管与组成复眼透镜组的各个透镜的轴心平行。
全文摘要
本发明涉及一种使黑白CCD实现彩色功能的方法，主要用不同的颜色光源照射被观察目标来代替不同颜色的滤色片来分离和单独获取被观察目标的颜色信息；该方法中涉及的装置包括在光路上依次设置三色发光二极管、均匀照明系统、成像物镜、CCD接口物镜和图像传感器，由发光控制装置控制三色发光二极管轮换发射红、绿、蓝三种单色光，通过均匀照明系统照射在被观察物体上，被单色光照明的物体经成像物镜成像后，由CCD接口物镜成像到黑白CCD或者CMOS接收面图像传感器上，再传输至图像处理装置，将代表3个基色的黑白图像形合，处理为彩色图像，该方法和装置中使用的黑白CCD比彩色CCD制工艺性好，成本较低，且成像清晰度高，不存在伪彩色的现象。
文档编号H04N1/04GK1471299SQ0213801
公开日2004年1月28日 申请日期2002年7月22日 优先权日2002年7月22日
发明者杨泽声 申请人:麦克奥迪实业集团有限公司, 杨泽声