CN108270955A - 一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法 - Google Patents

一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单色窄脉冲主动光源分时复用高速照明成像方法，步骤：1、构建系统，包括外触发器、成像系统、脉冲单色照明光源、触发控制模块、照明光源分时复用控制模块、图像采集存储处理单元；2、外触发器以声或光为信号源，经过传感器转换、调理成电平信号，并产生触发信号传输至触发控制模块，触发控制模块获得触发信号，同步控制成像系统和脉冲单色照明分时复用模块；在成像系统曝光时间内，脉冲单色照明分时复用模块控制脉冲单色照明光源进行分时照明，成像系统分别获得经颜色编码后的图像；3、将获得的单色图像传输至图像采集存储处理单元，合成原始图像。本发明提高了图像捕获效率，为特种成像在高速目标测试应用提供了理论基础和技术支持。

Description

一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法
技术领域
本发明属于高速摄影的主动照明技术领域，具体是一种应用单色窄脉冲主动光源分时复用提高高速成像装置拍摄幅率的方法。
背景技术
在光场成像、散斑成像等特殊成像领域中，由于成像原理、成像过程易受环境干扰等因素的限制。如，现有光场成像系统的幅率仅为100幅/秒左右，同时光学传感器的灵敏度在低曝光时间内，灵敏度不够，自然照明无法获得清晰图像。目前的工业产品多应用于低速目标参数测试场合。如低速变化的温度场、应力场和流体场的参数测试。同时，工业相机由于本身灵敏度和数据储存、处理能力的限制，具有固定最高的拍摄幅率。提高相机拍摄速度需要大幅度提高成本。
基于此，为拓展拍摄效率，提升捕捉率，增加光照度。本发明提出一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的技术方案针，以解决现有成像装置固有幅率较低的技术问题。
发明内容
本发明为了解决光场成像、散斑成像等特殊成像领域，成像系统幅率较低的而导致适用对象严重受限的问题，提供了单色窄脉冲主动光源分时复用照明的技术方案，可提高成像系统的幅率和灵敏度。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，包括如下步骤：
（1）、构建系统，包括外触发器、成像系统、脉冲单色照明光源、触发控制模块、照明光源分时复用控制模块、图像采集存储处理单元；
（2）、外触发器以声或光为信号源，经过传感器转换、调理成电平信号，并产生触发信号传输至触发控制模块，触发控制模块获得触发信号，同步控制成像系统和脉冲单色照明分时复用模块；在成像系统曝光时间内，脉冲单色照明分时复用模块控制脉冲单色照明光源进行分时照明，成像系统获得经颜色编码后的图像；
（3）、将步骤（2）获得的单色图像传输至图像采集存储处理单元，合成原始图像。
本发明方法针对目前特种成像法成像效率低，提出了主动多单色窄脉冲光源分时复用照明成像技术，提高了图像捕获效率，避免了因幅率无法匹配高速而出现的图像模糊现象，为光场成像、散斑成像在高速目标测试应用提供了理论基础和技术支持。
附图说明
图1表示系统原理示意图。
图2表示单色光分时复用解算出三幅单色图像原理示意图。
图3表示系统工作的时序方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种单色窄脉冲主动光源分时复用高速照明的成像方法，包括如下步骤：
（1）、构建系统，如图1所示包括外触发器、成像系统、脉冲单色照明光源、触发控制模块、照明光源分时复用控制模块、图像采集存储处理单元。
（2）、外触发器以声或光为信号源，经过传感器转换、调理成电平信号，并产生触发信号传输至触发控制模块，触发控制模块获得触发信号，同步控制成像系统和脉冲单色照明分时复用模块，以双相机成像系统为例。在成像系统曝光时间内，脉冲单色照明分时复用模块控制主动照明系统（脉冲单色照明光源）进行分时照明，成像系统分别获得经颜色编码后的图像。
例如选用的脉冲光源波长为三种单色光源，红、绿、蓝光源且光谱带宽为10nm±2nm，其中心波长与成像系统的三原色滤波器中心波长保持匹配，这样可最大程度提高光源的利用率和光电转换的量子效率。
以Bayer彩色滤波器为例，其彩色滤镜编码方式已知，当R、G、B单色窄脉冲光分别在T1、T2和T3三个时刻主动照射到相机视场空间并拍摄获得一幅有效的图像，如图2所示。根据Bayer彩色滤波器编码公式，解析马赛克图像就可获得三个通道分量图像，每幅图像经过再聚焦处理均可以获得对应时刻的不同景深的目标参数信息，其他类型的彩色滤波器原理相同。
图像拍摄的时序关系如图3所示，相机与脉冲光源同时获得外触发信号后，如果相机延迟2μs，脉冲光源R相对于相机触发时刻延迟5μs，相机曝光时间小于10ms，三种单色光源脉宽均为10μs，设置每种单色光源脉冲脉宽均窄于相机曝光时间互不重合，且均布于成像系统的曝光周期内，脉冲闪光光源的能量足够高的情况下可获得清晰图像。此时，对相机的曝光时间要求较低，改善了大部分相机因幅率和曝光的不足，难以捕捉瞬态目标的问题。
（3）、将步骤（2）获得的单色图像传输至图像采集存储处理单元，合成原始图像。
图像处理依据滤镜编码方式，彩色图像解析后分别获得红光、绿光、蓝光照明时段内的三幅单色图像。目前滤镜中对于绿色分量较高。因此，脉冲光源的红、蓝分量平均功率应高于绿光分量。该方法使得图像获取效率提高了3倍，根据滤色镜的光谱分布曲线还可在合适位置增加单色脉冲光源，进一步提高有效图像数量。同时，由于脉冲照明脉宽很窄有效避免了拖影、模糊图像失真等问题。
以光谱响应曲线为例，以某单色光照明时其余单色光响应率低于5%为标准，三种单色脉冲光源的中心波长依相机光谱相应曲线可分别选择440nm，550nm和620nm。若增加到5种光源可分别选择510nm（蓝、绿光量子效率均优于30%），590nm（红、绿光量子效率均优于20%）。
基于对图像的频域分析，经过滤波后得到的图像可以看成由原始全彩色图像中的红色、绿色和蓝色通道分别经过相应的采样模板采样后得到的阵列之和，即图像中的红、绿和蓝分量的频谱由原始全彩色图像中的红、绿和蓝分量的频谱调制得到。所以，可通过分析图像中红、绿和蓝三分量在频域的分布情况，反向滤波得出原始的红、绿和蓝色分量，进而合成原始图像。
本发明方法基于主动多单色窄脉冲光源分时复用法，解决现有特种成像技术幅率过低，无法匹配高速目标的问题。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、构建系统，包括外触发器、成像系统、脉冲单色照明光源、触发控制模块、照明光源分时复用控制模块、图像采集存储处理单元；
（2）、外触发器以声或光为信号源，经过传感器转换、调理成电平信号，并产生触发信号传输至触发控制模块，触发控制模块获得触发信号，同步控制成像系统和脉冲单色照明分时复用模块；在成像系统曝光时间内，脉冲单色照明分时复用模块控制脉冲单色照明光源进行分时照明，成像系统分别获得经颜色编码后的图像；
（3）、将步骤（2）获得的单色图像传输至图像采集存储处理单元，合成原始图像。
2.根据权利要求1所述的一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，其特征在于：脉冲单色照明光源选用的脉冲光源波长为三种单色光源，即红、绿、蓝光源且光谱带宽为10nm±2nm，其中心波长与成像系统的三原色滤波器中心波长保持匹配。
3.根据权利要求2所述的一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，其特征在于：脉冲光源的红、蓝分量平均功率均高于绿光分量。
4.根据权利要求2所述的一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，其特征在于：三种单色脉冲光源的中心波长依相机光谱相应曲线分别选择440nm、550nm和620nm。
5.根据权利要求4所述的一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，其特征在于：脉冲单色照明光源选用5种脉冲光源，波长分别为440nm、510nm、550nm、590nm和620nm。
6.根据权利要求4或5所述的一种单色窄脉冲主动光源分时复用照明的高速成像方法，其特征在于：每种单色光源脉冲脉宽均窄于相机曝光时间互不重合，且均布于成像系统的曝光周期内。
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