CN106375741A - 一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，主要应用于由像增强器制成的微光夜视仪。本发明采用在像增强器光电阴极的光子面镀上一层彩色滤光薄膜的技术手段，结合一定的插值算法，可以实现夜视条件下彩色图像获取。与现有技术相比，夜视条件下的彩色图像分辨度更高、画质更优。

Description

一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法
技术领域
本发明属于夜视成像技术领域，具体涉及夜视条件下彩色成像技术，特别是一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法。
背景技术
通常一个完整的微光夜视系统包括光学成像镜头组、微光像增强器、后置处理系统。其中微光像增强器是一种真空器件，它是微光夜视系统中最重要的一个核心器件，能将接收到的微弱图像转换成适合人眼观察的图像。
迄今为止已经出现了一代微光像增强器、二代微光像增强器、三代微光像增强器和四代微光像增强器。不同代的微光像增强器的构造不同，但都主要包括如下部分：光阴极(Photocathode)、防离子反馈膜(Ion Barrier Film)、微通道板(Micro Channel Plate)和荧光屏(Fluorescent Screen)。尽管构造不同，上述四代微光像增强器均为真空器件。
一般情况下，像增强器包括以下四个工作部分：(1)、光电转换部分(光电阴极)；(2)、聚焦部分(聚焦系统)；(3)、放大部分(微通道板MCP)；(4)、电光转换部分(荧光屏)。
通过这四部分工作，像增强器就能将较微弱的图像转换为适合人眼观察的图像。但是，利用现有的像增强器制成的微光夜视仪，最后所成图像均为灰度图。
由于灰度图的分辨度和真实感较彩色图像差，因此需要开发一种特定的技术手段，应用于微光夜视仪中，以获取彩色图像。
发明内容
本发明正是为了解决现有技术微光夜视仪不能获取彩色图像的缺陷，提出了一种夜视条件下彩色成像技术，在传统的像增强器的光电阴极的光子面镀上一层彩色滤光薄膜，利用该结构的像增强器，结合一定的CFA插值算法，能够实现夜视条件下彩色图像获取。
本发明具体由如下技术方案来实现。
一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，用于由像增强器制成的微光夜视仪，该像增强器包括光电转换部分、聚焦部分、放大部分和电光转换部分；所述方法包括如下步骤：在所述光电转换部分的光电阴极的光子面镀上一层彩色滤光薄膜，使得进入像增强器光电阴极每个像元面积上的光是红、绿、蓝三种颜色光中的一种单色光；所述单色光经过微通道板的放大，轰击到荧光屏上形成灰度图像；CMOS图像传感器耦合像增强器荧光屏上的灰度图像；利用插值算法进行插值计算，从而恢复出彩色图像。
所述彩色滤光薄膜是由红、绿、蓝三种颜色组成的薄膜阵列。
所述灰度图像的每个像素点的值表示了不同颜色光的强度。
所述插值算法可采用双线性插值或加权梯度Bayer插值。
所述插值计算使用FPGA进行处理。
本发明采用在像增强器光电阴极的光子面镀上一层彩色滤光薄膜的技术手段，结合一定的插值算法，可以实现夜视条件下彩色图像获取。与现有技术相比，夜视条件下的彩色图像对目标的分辨度更高。
附图说明
图1是传统像增强器的工作原理示意图；
图2是本发明所采用的彩色滤光薄膜的阵列图；
图3是本发明中像增强器光子面镀上彩色滤光薄膜后外观示意主视图；
图4是本发明中增加了彩色滤光薄膜后的像增强器结构示意图。
具体实施方式
为了本发明能够被更好的理解和实施，以下将结合附图1-4对本发明的技术方案进行详细的说明。
图1示出了像增强器的工作原理。如图所示，当可见光透过输入光窗照射到GaAs光电阴极时产生光电子；光电子经过聚焦系统(图1转换未示出)加速与聚焦后进入放大系统(MCP)；光电子在放大系统通过多次碰撞而增加能量，能量增强的光电子最后由阳极(荧光屏)收集起来，达到图像增强的效果。
如图2-4，本发明的一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，采用了在像增强器光电阴极的每个感光单元前面增加一个彩色滤光单元的技术手段。并且将所有彩色滤光单元组成一个滤光薄膜(片)阵列，这样可以确保进入像增强器的各像素点的光是按照滤光片阵列格式的红、绿、蓝色光。
图2示出了本发明所采用的滤光薄膜像素阵列示意图。图中矩形区域内，红、绿、蓝单色光滤光薄膜(片)交错排列成阵列形式，具体地，由上至下，第1行为蓝绿交替排列，第2行为绿红交替排列，之后重复第1、2行的排列方式。
具体实施例如图3-4所示，本发明在像增强器的光电阴极面向光入射方向的表面上镀覆一层滤光薄膜(片)阵列，得到一种新结构的像增强器，该像增强器包括依次排列的滤光片阵列、光电阴极、聚焦系统(未示出)、放大系统、荧光屏。
当然，本发明中的滤光薄膜不一定采用镀覆的手段设置在光电阴极的光子面上，比如可以采用粘贴的方式设置在光电阴极的光子面上。或者本发明中的滤光薄膜不必固定在光电阴极上，比如两者之间可以采用常规技术手段而保持存在一定间隙。
进而使用CCD或CMOS图像传感器耦合像增强器荧光屏上的灰度图像。
由于进入像增强器光电阴极上的光已经经过了过滤，虽然最后图像传感器获取的依然是灰度图像，但是在该图像的每个像素点的值却表示不同颜色光的强度，具体某个像素点代表的哪种颜色光的强度，可以根据在像增强器前面镀上的彩色过滤膜进行判断。
为了获取彩色图像，对图像传感器获取的灰度图像进行插值计算。现阶段可使用的插值算法很多，如双线性插值、加权梯度Bayer插值等。具体选择哪种插值算法，可以依据实际的项目需要进行设计。如插值计算使用FPGA进行处理，则在设计插值算法时应该特别注意节约硬件资源，特别是缓存资源。
在一个具体的实施例中，
本发明的彩色滤光薄膜的尺寸大小为800*600mm；彩色滤光薄膜的格式为Bayer(422，即绿色滤光单元数量等于红色和蓝色滤光单元数量的总和)。
像增强器荧光屏的大小为800*600mm。
更进一步地，为获得最优质量的彩色图像，本发明的滤光薄膜还应当满足以下指标：
(1)蓝色滤光单元在波长430-450nm(中心波长435.8nm)范围平均反射率不大于2％，同时波长451-760nm平均透射率不大于3％；
(2)绿色滤光片在波长490-580nm(中心波长546.1nm)范围内平均反射率不大于2％，同时在波长430-489nm和581-760nm范围内平均透射率不大于3％；
(3)红色滤光片在波长620-760nm(中心波长700nm)范围内平均反射率不大于2％，同时在波长430-619nm范围内平均透射率不大于3％。
以上仅是对本发明最佳实施例的描述，不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明技术方案的基础上进行的简单替换和改动，均应落入本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，用于由像增强器制成的微光夜视仪，该像增强器包括光电转换部分、聚焦部分、放大部分和电光转换部分；
其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在所述光电转换部分的光电阴极的光子面镀覆一层彩色滤光薄膜，使得进入像增强器光电阴极每个感光单元面积上的光是红、绿、蓝三种颜色光中的一种单色光；
所述单色光经过微通道板的放大，轰击到像增强器荧光屏上形成灰度图像；
图像传感器耦合像增强器荧光屏上的灰度图像；
利用插值算法进行插值计算，从而恢复出彩色图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，其特征在于，
所述彩色滤光薄膜是由红、绿、蓝三种颜色组成的薄膜阵列。
3.根据权利要求1所述的一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，其特征在于，
所述灰度图像的每个像素点的值表示了不同颜色光的强度。
4.根据权利要求1所述的一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，其特征在于，
所述插值算法采用双线性插值或加权梯度Bayer插值。
5.根据权利要求1所述的一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，其特征在于，
所述插值计算使用FPGA进行处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于像增强器过滤的夜视真彩色图像获取方法，其特征在于，
所述图像传感器是CCD或CMOS。
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