基于dmd的双目高动态调光成像系统及成像方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及高动态福射场景的成像探测领域，涉及到一种基于DMD(Digital Micromirror Device)的双目高动态调光方法，具体地说是一种结合DMD光学结构原理对场 景进行双光路采集的调光成像系统及成像方法。
【背景技术】
[0002] 在高动态场景中同时观测到亮目标和暗目标是近年来研究的热点。数字微镜阵列 DMD结合图像传感器进行高动态场景观测可以有效地提高系统的动态范围。
[0003] DMD是一种被集成在寻址集成芯片上的快速数字光开关反射阵列，由许多小型铝 制反射镜面构成，其显示分辨率决定了镜片的数量，一个镜片对应一个像素。上百万的微镜 用铰链建造在CMOS存储器上，每个微镜单元下有一对寻址电极与其下方的SRAM单元CMOS电 路的电压互补端通过导电通道连接。DMD有两种稳定的状态(+12°和-12°)，系统通过改变每 个微镜对应的寻址电压可以单独控制微镜的翻转。当DMD受到光源照射时，微镜面的正负两 态将入射光以两种角度反射。
[0004] -般的基于DMD的调光系统是由一个DMD和一个图像采集传感器构成的光学系统。 定义DMD的两种状态分别为"0N"和"OFF"，当DMD微镜处于"0N"状态下，微镜将入射光反射到 图像采集传感器上，称为图像的"亮态"，当DMD微镜处于"OFF状态下，微镜将入射光反射到 吸收装置中，称为图像的"暗态"。通过控制DMD微镜在一个帧周期内处于"0N"和"OFF"状态 的时间可以实现对DMD相对应的像元的光强调制，我们称DMD在这个振周期内所显示的图像 为掩膜图像。传统的单目调光方法中，需要采集多帧场景在不同调光权值下的图像，然后对 采集的到图像进行合成，从而获得场景的高动态图像。但是这种方法的调光速度缓慢，因此 需要一种快速调光的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决现有DMD光强调制技术调光速度慢且只能针对静态目标的问题，提 供一种基于DMD的双目高动态调光成像系统及成像方法。
[0006] 基于DMD的双目高动态场景调光成像系统，包括主物镜和两组转置物镜，两个图像 传感器和DMD微镜阵列；
[0007] 高动态目标场景经过主物镜投影到DMD微镜阵列上，所述DMD微镜阵列在系统控制 下进行翻转，实现对场景光强的调制，调制后的场景分别经过第一转置物镜和第二转置物 镜投影到第一图像传感器和第二图像传感器上，所述第一图像传感器采集所述高动态目标 场景中亮目标的信息，第二图像传感器采集所述高动态目标场景中暗目标的信息，对采集 到亮目标图像和暗目标图像进行处理，获得高动态图像。
[0008] 基于DMD的双目高动态场景调光成像方法，该方法由以下步骤实现：
[0009] 步骤一、成像系统初始化；
[0010] 初始化DMD微镜阵列（4)，调节第一图像传感器（1)的积分时间和第二图像传感器 (2)的积分时间，使第一图像传感器（1)接收亮目标图像心(1，7)，第二图像传感器(2)接收 暗目标图像f2(x，y)，将所述第一图像传感器（1)的积分时间作为参考基准;所述第二图像 传感器(2)的积分时间与第一图像传感器(1)的积分时间比为α;用下式表示为：
[0012] 式中，I(x，y)为原始目标场景，ri为第一图像传感器接收亮目标图像 fl(x，y)对应 的调光权值，Γ2为第二图像传感器接收暗目标图像f 2 (X，y)对应的调光权值;且ri+r2 = 1，所 述第一图像传感器和第二图像传感器的实际调光权值为rdPar2;
[0013] 步骤二、调光；
[0014] 根据调光系统预设的调光权值，对应改变DMD微镜阵列掩膜图像和第二图像传感 器的积分时间;所述第一图像传感器(1)和第二图像传感器(2)的调光权值按照预设的调光 权值变化，所述第一图像传感器(1)和第二图像传感器(2)接收相应时刻的场景图像；
[0015] 步骤三、高动态场景恢复；
[0016] 步骤三一、将第一图像传感器（1)和第二图像传感器(2)采集到的场景图像按照对 应的调光权值从小到大依次排列，并选取阈值，对图像像元位置设立标志位，一个标志位对 应所有图像中的同一个坐标下的像元，初始化为未标记状态，首先选择第一幅图像进行处 理；
[0017] 步骤三二、依次遍历图像中的所有的像元，判断所述像元的灰度值是否大于阈值 且对应的标志位未被标记，如果是，则对该像元执行步骤三四；如果否，则不对该像元进行 处理;执行步骤二二；
[0018] 步骤三三、选择下一幅图像，判断是否为最后一幅场景图像，如果是，将所有标志 位为未标记状态的像元的灰度值与最后一幅图像的实际调光权值结合，获得所有未标记像 元所对应的高动态场景中的灰度值;如果否，返回执行步骤三二；
[0019] 步骤三四、根据所述像元的灰度值与对应的实际调光权值，获得该像元所对应的 高动态场景图像中的灰度值，并将所对应的标志位标记。
[0020] 本发明的有益效果:本发明根据DMD结构特性，采用双光路结构设计，同时对高动 态场景进行光强调制和成像;本发明采用两路相机的积分时间可以根据需要进行调节，结 合DMD的调制权值可以实现双路相机同时采集高动态场景在两个调光权值下的信息。
[0021 ]本发明将DMD的光学结构特性和图像传感器相结合，使系统可以在同一时刻可以 采集到两幅任意调光权值的场景图像，与基于DMD的单目高动态调光系统相比，本方法可以 提高系统的调光速度，且在同一时刻可以获得跟高动态范围的场景信息。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明所述的基于DMD的双目高动态场景调光成像系统的光路示意图；
[0023] 图2为本发明所述的基于DMD的双目高动态场景调光成像方法的流程图。
【具体实施方式】
[0024]
【具体实施方式】一、结合图1说明本实施方式，本实施方式中调光成像系统的整个光 路由主物镜3和两组转置物镜，两个性能参数相同的图像传感器和一个DMD微镜阵列组成。 高动态目标场景7经过主物镜3投影到DMD微镜阵列4上，DMD微镜阵列4在系统控制下进行翻 转，实现对场景光强的调制。在一帧时间内，DMD微镜阵列4在光路中处于"ON"状态的占空比 为该条光路所对应的调光权值，占空比越大，调光权值越大，对场景亮度的衰减越小。调制 后的场景分别经过第一转置物镜5、第二转置物镜6投影到第一图像传感器1和第二图像传 感器2上，其中令第一图像传感器1负责采集场景中较亮目标的信息，第二图像传感器2负责 采集场景中较暗目标的信息，即从DMD微镜阵列到第一图像传感器1这条光路对应的调光权 值小，另一条光路所对应的调光权值大。改变两光路的调光权值对场景进行多次采集后，对 采集到的图像进行处理，从而得到高动态场景的高动态图像。
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