CN113706398A - 在运动场景下生成高动态图像的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在运动场景下生成高动态图像的装置及方法，通过在焦平面探测器的焦平面上集成封装微偏振片阵列、在微偏振片阵列前的光路中增加起偏器形成具有两级偏振调制的不同光学透过率的四个通道、在四个通道图像中对应空间位置优先选取通道光学透过率高且未饱和的像素值经归一化处理作为合成图像的像素值，提出在运动场景下生成高动态图像的装置及方法具有结构紧凑、可快照式成像、有效解决鬼影问题的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电成像技术领域，具体涉及一种在运动场景下生成高动态图像的装置及方法。
背景技术
相机拍摄元件的感光动态范围比人眼小得多，因此需要通过对拍摄图像进行后期处理来增强图像的动态范围，使得其可以反映更大的亮度范围以及暗部的细节，从而使其更接近实际场景。
在户外高动态场景下，为了获得高动态照片，行业界常见的技术途径是多帧不同曝光图像融合方案。例如，文献(专利公布号：CN 105163047A)公开的方案中，先拍摄不同曝光设置的多帧图像作为输入(通常为短曝光、正常曝光、长曝光三帧图像)，再通过相机响应曲线将三帧输入图像转换为三帧场景的真实亮度图，然后进行配准鬼影检测操作将三帧图像合成为一帧高动态范围图像。例如，文献(专利公布号：CN 108391059A)公开的方案中根据对终端设备的状态信息和拍摄场景信息的判断结果，选择不同的图像处理模式，通过不同的曝光值和不同的图像融合模式来获得更好的合成图像。例如，文献(专利公布号：CN108419023A)公开的方案中通过获取针对同一拍摄场景的第一图像帧序列和第二图像帧序列，根据第一图像帧序列对第二图像帧序列进行合成得到高动态范围图像。多帧不同曝光图像融合方案，在运动场景条件下，由于用于合成高动态图像的多帧图像之间的运动偏移，导致合成后高动态图像存在鬼影和错位。
针对运动场景产生的鬼影问题，行业界给出技术方案。例如，文献(授权专利公开号：CN 103546673B)提出利用运动矢量补充的高动态范围成像方法，以预定间隔提取运动场景在预定间隔中的运动矢量，利用运动矢量对拍照图像进行运动补偿，利用多张运动补偿后的图像来合成高动态图像；所提方法由于运动场景中目标运动的速度和方向具有多样性，难以对场景的运动矢量精确估计，从而无法有效消除鬼影。文献(授权专利公开号：CN104702971B)提出利用多台相机分别优选不同的曝光时间，同时采集多帧图像来生成高动态图像；所述方法由于采用了多台相机，造成高动态成像装置的体积大和成本高。
发明内容
本发明针对现有上述方案存在的不足，提供一种在运动场景下生成高动态图像的装置及方法。通过在焦平面探测器的焦平面上集成封装微偏振片阵列、在微偏振片阵列前的光路中增加起偏器形成具有不同光学透过率的四个通道、在四个通道图像中对应像素位置优先选取通道光学透过率高且未饱和的像素值经归一化处理作为合成图像的像素值，提供具有结构紧凑、可快照式成像、有效解决鬼影问题的在运动场景下生成高动态图像的装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
所述在运动场景下生成高动态图像的装置，包括沿光路依次设置的光学镜头、起偏器、微偏振片阵列、焦平面探测器、四个通道图像的合成处理模块、显示模块；所述微偏振片阵列粘贴于所述焦平面探测器的焦平面上；所述装置包括两级偏振调制：第一级是起偏器将传输光调制为线偏振光，第二级是微偏振片阵列中各微偏振片单元对线偏振光的再次偏振调制。
作为本发明的一种优选实施方式：所述起偏器的安装形式为以偏振片形式安装于所述光学镜头前、以偏振膜的形式粘贴于所述光学镜头的某片镜片表面上、以偏振片的形式安装于所述光学镜头中、以偏振片的形式安装于所述光学镜头与所述微偏振片阵列之间的四种安装形式中的任何一种。
作为本发明的一种优选实施方式：其特征在于，所述微偏振片阵列设置有若干单元，所述若干单元呈M行×N列的方式排列，所有所述单元按照透振轴的标称角度分为四组,每组中的所有单元的标称角度相同,且不同组中单元的标称角度互不相同，其中，M和N为大于等于2的整数；每组中各单元在微偏振片阵列中呈均匀周期排布，每组中的所有单元与所述起偏器构成一个通道，每个通道对应一个光学透过率。
作为本发明的一种优选实施方式：所述微偏振片阵列中每相邻两行两列四个单元的结构形式为四个单元全为线偏振片、四个单元中三个单元为线偏振片和一个单元为无偏振片两种结构形式中的任何一种。
作为本发明的一种优选实施方式：所述合成处理模块包括：
(1)相对光学透过率标定模块，用于根据所述光学镜头、所述起偏器、所述微偏振片阵列和所述焦平面探测器对均匀光场进行图像采集得到一幅均匀光场的马赛克图像；对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理得到均匀光场的四幅通道图像；按所述均匀光场的四幅通道图像的像素值的均值从大到小的顺序，分别将四个通道编号为第1个通道、第2个通道、第3个通道、第4个通道，其中第c个通道的相对光学透过率qc计算公式为：
其中，mc表示均匀光场的第c个通道图像所有像素值求平均得到的均值，mk表示均匀光场的第k个通道图像所有像素值求平均得到的均值；
其中，上述对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述均匀光场的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到均匀光场的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到均匀光场的第2个通道图像、均匀光场的第3个通道图像、均匀光场的第4个通道图像。
(2)运动场景的马赛克图像的通道重组处理模块，用于根据所述焦平面探测器对运动场景进行图像采集得到一幅运动场景的马赛克图像；对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理，得到运动场景的第1个通道图像、运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像，并分别记为I1、I2、I3和I4；
其中，上述对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述运动场景的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到第1个运动场景通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像。
(3)运动场景的四个通道图像的归一化处理模块，用于分别对所述运动场景的第1个通道图像、所述运动场景的第2个通道图像、所述运动场景的第3个通道图像、所述运动场景的第4个通道图像进行归一化处理，对应得到第1个通道的归一化图像、第2个通道的归一化图像、第3个通道的归一化图像和第4个通道的归一化图像，并分别记为J1、J2、J3和J4，其中第c个通道的归一化图像Jc的计算公式为：
Jc(i,j)＝Ic(i,j)/qc，c∈{1,2,3,4}
其中，(i,j)表示像素在各通道图像中的坐标位置，Ic(i,j)表示运动场景的第c个通道图像在坐标(i,j)处的像素值，Jc(i,j)表示第c个通道的归一化图像在坐标(i,j)处的像素值。
(4)高动态图像生成模块，用于由所述第1个通道的归一化图像、所述第2个通道的归一化图像、所述第3个通道的归一化图像和所述第4个通道的归一化图像合成为高动态图像F，其中所述高动态图像F的像素值F(i,j)的赋值规则为：
其中，上标b表示图像亮度的比特数。
作为本发明的一种优选实施方式：所述微偏振片阵列粘贴于所述焦平面探测器的焦平面上的粘贴位置为所述微偏振片阵列粘贴于无微透镜阵列型探测器的光敏元阵列的表面上、粘贴于具有微透镜阵列型探测器的微透镜阵列的表面上、粘贴于探测器的微透镜阵列和光敏元阵列之间中的三种粘贴位置中的任何一种。
作为本发明的一种优选实施方式：所述微偏振片阵列粘贴于所述焦平面探测器的焦平面上，包括如下步骤：
S11：在所述焦平面探测器的焦平面上涂厚度小于300nm的紫外敏感胶；
S12：在偏振方向可调的线偏振光源照射条件下，调节所述微偏振片阵列的位置和角度，使得所述微偏振片阵列的每个单元对齐所述焦平面的一个像元；
S13：利用紫外灯曝光，将所述微偏振片阵列与所述焦平面探测器的焦平面固化在一起。
作为本发明的一种优选实施方式：所述显示模块为监视器、显示器两者中的任何一种，用于对所生成的高动态图像进行图像或视频显示。
基于上述在运动场景下生成高动态图像的装置，本发明还公开了一种在运动场景下生成高动态图像的方法，包括如下步骤：
S21：相对光学透过率标定处理。
利用上述任一项实施例所述的装置的所述光学镜头、所述起偏器、所述微偏振片阵列和所述焦平面探测器对均匀光场进行图像采集得到一幅均匀光场的马赛克图像；对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理得到均匀光场的四幅通道图像；按所述均匀光场的四幅通道图像的像素值的均值从大到小的顺序，分别将四个通道编号为第1个通道、第2个通道、第3个通道、第4个通道，其中第c个通道的相对光学透过率qc计算公式为：
其中，mc表示均匀光场的第c个通道图像所有像素值求平均得到的均值，mk表示均匀光场的第k个通道图像所有像素值求平均得到的均值。
其中，上述对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述均匀光场的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到均匀光场的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到均匀光场的第2个通道图像、均匀光场的第3个通道图像、均匀光场的第4个通道图像。
S22：运动场景的马赛克图像的通道重组处理。
利用上述任一项实施例所述的装置的所述焦平面探测器对运动场景进行图像采集得到一幅运动场景的马赛克图像；对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理，得到运动场景的第1个通道图像、运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像，并分别记为I1、I2、I3和I4；
其中，上述对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述运动场景的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到运动场景的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像。
S23：运动场景的四个通道图像的归一化处理。
分别对所述运动场景的第1个通道图像、所述运动场景的第2个通道图像、所述运动场景的第3个通道图像、所述运动场景的第4个通道图像进行归一化处理，对应得到第1个通道的归一化图像、第2个通道的归一化图像、第3个通道的归一化图像和第4个通道的归一化图像，并分别记为J1、J2、J3和J4，其中第c个通道的归一化图像Jc的计算公式为：
Jc(i,j)＝Ic(i,j)/qc，c∈{1,2,3,4}
其中，(i,j)表示像素在各通道图像中的坐标位置，Ic(i,j)表示运动场景的第c个通道图像在坐标(i,j)处的像素值，Jc(i,j)表示第c个通道的归一化图像在坐标(i,j)处的像素值。
S24：高动态图像生成处理。
由所述第1个通道的归一化图像、所述第2个通道的归一化图像、所述第3个通道的归一化图像和所述第4个通道的归一化图像合成为高动态图像F，其中所述高动态图像F的像素值F(i,j)的赋值规则为：
其中，上标b表示图像亮度的比特数。
本发明有益效果是：
本发明根据物理光学中的马吕斯定理，通过在焦平面探测器的焦平面上集成封装微偏振片阵列、在微偏振片阵列前的光路中增加起偏器形成具有不同光学透过率的四个通道、在四个通道图像中对应像素位置优先选取通道光学透过率高且未饱和的像素值经归一化处理作为合成图像的像素值，提出在运动场景下生成高动态图像的装置及方法具有结构紧凑、可快照式成像、有效解决鬼影问题的优点。
附图说明
图1是本发明提出的生成高动态图像的装置示意图；
图2是本发明提出的生成高动态图像的方法流程图；
图3-1是运动场景的第1个通道图像；
图3-2是运动场景的第2个通道图像；
图3-3是运动场景的第3个通道图像；
图3-4是运动场景的第4个通道图像；
图4是根据本发明的装置和方法生成的高动态图像。
附图标记说明：
101-光学镜头，102-起偏器，103-微偏振片阵列，104-焦平面探测器，105-相机壳体，106-四个通道图像的合成处理模块，107-显示模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明利用了物理光学中的马吕斯定理。马吕斯定理描述了一束光强为Iin的线偏振光，透过偏振片后，透射光的光强为Iout＝Iincos2(α)，其中α是线偏振光的偏振方向与偏器片透振方向的夹角。
参见图1，本发明提出的运动场景下生成高动态图像的装置，包括：光学镜头101、起偏器102、微偏振片阵列103、焦平面探测器104、相机外壳105、四个通道图像的合成处理模块106、显示模块107。上述各器件沿光路的位置关系为：光学镜头101、起偏器102、微偏振片阵列103、焦平面探测器104、四个通道图像的合成处理模块106、显示模块107；微偏振片阵列103粘贴于焦平面探测器104的焦平面上，微偏振片阵列103和焦平面探测器104安装于相机壳体105内。在本实施例中，场景光沿光路传输方向，经过两级偏振调制。第一级是起偏器102将传输光调制为线偏振光；第二级是微偏振片阵列中各微偏振片对起偏器调制后输出的线偏振光再次调制，其调制过程遵循马吕斯定理。
在本发明实施例中，所述起偏器102安装于光学镜头101与微偏振片阵列103之间。所述起偏器102，还可以有其它三种安装形式：即所述起偏器的安装形式为以偏振片形式安装于光学镜头前、以偏振膜的形式粘贴于光学镜头的某片镜片表面上、以偏振片的形式安装于光学镜头中的三种安装形式中的任何一种。
在本发明实施例中，所述微偏振片阵列103设置有若干单元，所述若干单元呈2048行*2448列的方式排列，所有所述单元按照透振轴的标称角度分为四组,每组中的所有单元的标称角度相同,且不同组中单元的标称角度互不相同；每组中各单元在微偏振片阵列103中呈均匀周期排布，每组中的所有单元与所述起偏器构成一个通道，每个通道对应一个光学透过率。
在本发明实施例中，所述微偏振片阵列103中每相邻两行两列四个单元的结构形式为四个单元全为线偏振片。作为优选实施例，所述微偏振片阵列中每相邻两行两列四个单元的结构形式还可为四个单元中三个单元为线偏振片和一个单元为无偏振片的结构形式中的任何一种。
在本发明实施例中：所述焦平面探测器104的焦平面上集成封装微偏振片阵列103，包括如下步骤：
S11：在所述焦平面探测器104的焦平面上涂厚度小于300nm的紫外敏感胶；
S12：在偏振方向可调的线偏振光源照射条件下，调节所述微偏振片阵列103的位置和角度，使得所述微偏振片阵列103的每个单元对齐所述焦平面的一个像元；
S13：利用紫外灯曝光，将所述微偏振片阵列103与所述焦平面探测器104的焦平面固化在一起。
本发明实施例中，四个通道图像的合成处理模块106包括：
(1)相对光学透过率标定模块。
根据所述光学镜头101、所述起偏器102、所述微偏振片阵列103和所述焦平面探测器104对均匀光场进行采集图像得到一幅均匀光场的马赛克图像；对均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理得到均匀光场的四幅通道图像；按均匀光场的四幅通道图像的像素值的均值从大到小的顺序，分别将四个通道编号为第1个通道、第2个通道、第3个通道、第4个通道，其中第c个通道的相对光学透过率qc计算公式为：
其中，mc表示均匀光场的第c个通道图像所有像素值求平均得到的均值，mk表示均匀光场的第k个通道图像所有像素值求平均得到的均值。
其中，上述对均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从均匀光场的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到均匀光场的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到均匀光场的第2个通道图像、均匀光场的第3个通道图像、均匀光场的第4个通道图像。
(2)运动场景的马赛克图像的通道重组处理模块。
根据所述焦平面探测器104对运动场景进行图像采集得到一幅运动场景的马赛克图像；对运动场景的马赛克图像进行通道重组处理，得到运动场景的第1个通道图像、运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像，并分别记为I1、I2、I3和I4。
其中，上述对运动场景的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从运动场景的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅运动场景的通道图像，得到运动场景的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像。
(3)运动场景的四个通道图像的归一化模块。
用于分别对所述运动场景的第1个通道图像、所述运动场景的第2个通道图像、所述运动场景的第3个通道图像、所述运动场景的第4个通道图像进行归一化处理，对应得到第1通道的归一化图像、第2通道的归一化图像、第3通道的归一化图像和第4通道的归一化图像，并分别记为J1、J2、J3和J4，其中第c个通道的归一化图像Jc的计算公式为：
Jc(i,j)＝Ic(i,j)/qc，c∈{1,2,3,4}
其中，(i,j)表示像素在各通道图像中的坐标位置，Ic(i,j)表示运动场景的第c个通道图像在坐标(i,j)处的像素值，Jc(i,j)表示第c个通道的归一化图像在坐标(i,j)处的像素值。
(4)高动态图像生成模块。
用于由所述第1个通道的归一化图像、所述第2个通道的归一化图像、所述第3个通道的归一化图像和所述第4个通道的归一化图像，合成为高动态图像F，其中像素值F(i,j)的赋值规则为：
其中，上标b表示图像亮度的比特数。
本发明实施例中，所述显示模块107选用显示器，用于对所生成的高动态图像进行视频显示。
参见图2，基于上述在运动场景下生成高动态图像的装置，本发明还公开了在运动场景下生成高动态图像的方法，包括如下步骤：
S21：相对光学透过率标定处理。
根据在运动场景下生成高动态图像的装置中的所述光学镜头101、所述起偏器102、所述微偏振片阵列103和所述焦平面探测器104对天空无云区域进行图像采集得到一幅天空无云区域的马赛克图像(天空无云区域的马赛克图像即为均匀光场的马赛克图像)；对该天空无云区域的马赛克图像进行通道重组处理得到天空无云区域的四幅通道图像；按天空无云区域的四幅通道图像的像素值的均值从大到小的顺序，分别将四个通道编号为第1个通道、第2个通道、第3个通道、第4个通道，其中第c个通道的相对光学透过率qc计算公式为：
其中，mc表示天空无云区域的第c个通道图像所有像素值求平均得到的均值，mk表示天空无云区域的第k个通道图像所有像素值求平均得到的均值。
其中，上述对天空无云区域的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从天空无云区域的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到天空无云区域的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到天空无云区域的第2个通道图像、天空无云区域的第3个通道图像、天空无云区域的第4个通道图像。
本发明实施例中，四个通道的相对光学透过率分别为[0.464,0.361,0.145,0.030]。
S22：运动场景的马赛克图像的通道重组处理。
根据在运动场景下生成高动态图像的装置中的所述焦平面探测器104对运动场景进行图像采集得到一幅运动场景的马赛克图像；对该运动场景的马赛克图像进行通道重组处理，得到运动场景的第1个通道图像、运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像，并分别记为I1、I2、I3和I4；
其中，上述对运动场景的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从运动场景的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到运动场景的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到运动场景的第2个图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像。
在本发明实施例中，运动场景的第1个通道图像，参见图3-1；运动场景的第2个通道图像，参见图3-2；运动场景的第3个通道图像，参见图3-3；运动场景的第4个通道图像，参见图3-4。
S23：运动场景的四个通道图像的归一化处理。
分别对所述运动场景的第1个通道图像、所述运动场景的第2个通道图像、所述运动场景的第3个通道图像、所述运动场景的第4个通道图像进行归一化处理，对应得到第1个通道的归一化图像、第2个通道的归一化图像、第3个通道的归一化图像和第4个通道的归一化图像，并分别记为J1、J2、J3和J4，其中第c个通道的归一化图像Jc的计算公式为：
Jc(i,j)＝Ic(i,j)/qc，c∈{1,2,3,4}
其中，(i,j)表示像素在各通道图像中的坐标位置，Ic(i,j)表示运动场景的第c个通道图像在坐标(i,j)处的像素值，Jc(i,j)表示第c个通道的归一化图像在坐标(i,j)处的像素值。
S24：高动态图像生成处理。
由所述第1个通道的归一化图像、所述第2个通道的归一化图像、所述第3个通道的归一化图像和所述第4个通道的归一化图像合成为高动态图像F，其中所述高动态图像F的像素值F(i,j)的赋值规则为：
其中，在本发明实施例中，图像亮度的比特数b的取值为8。
参见图4，图4为本发明实施例生成的高动态图像。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (8)
1.一种在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，包括沿光路依次设置的光学镜头、起偏器、微偏振片阵列、焦平面探测器、用于将四个通道图像合成为高动态图像的合成处理模块、用于显示所述高动态图像的显示模块；所述微偏振片阵列粘贴于所述焦平面探测器的焦平面上；所述装置包括两级偏振调制：第一级是起偏器将传输光调制为线偏振光，第二级是微偏振片阵列中各微偏振片单元对线偏振光的再次偏振调制。
2.根据权利要求1所述的在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，所述起偏器的安装形式为以偏振片形式安装于所述光学镜头前、以偏振膜的形式粘贴于所述光学镜头的某片镜片表面上、以偏振片的形式安装于所述光学镜头中、以偏振片的形式安装于所述光学镜头与所述微偏振片阵列之间的四种安装形式中的任何一种。
3.根据权利要求1所述的在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，所述微偏振片阵列设置有若干单元，所述若干单元呈M行×N列的方式排列，所有所述单元按照透振轴的标称角度分为四组,每组中的所有单元的标称角度相同,且不同组中单元的标称角度互不相同，其中，M和N为大于等于2的整数；每组中各单元在微偏振片阵列中呈均匀周期排布，每组中的所有单元与所述起偏器构成一个通道，每个通道对应一个光学透过率。
4.根据权利要求1所述的在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，所述微偏振片阵列中每相邻两行两列四个单元的结构形式为四个单元全为线偏振片、四个单元中三个单元为线偏振片和一个单元为无偏振片两种结构形式中的任何一种,每相邻两行两列四个单元的标称角度均不相同。
5.根据权利要求1所述的在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，所述高动态图像的合成处理模块包括：
相对光学透过率标定模块，用于根据所述光学镜头、所述起偏器、所述微偏振片阵列和所述焦平面探测器对均匀光场进行图像采集得到一幅均匀光场的马赛克图像；对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理得到均匀光场的四幅通道图像；按所述均匀光场的四幅通道图像的像素值的均值从大到小的顺序，分别将四个通道编号为第1个通道、第2个通道、第3个通道、第4个通道，其中第c个通道的相对光学透过率qc计算公式为：
其中，mc表示均匀光场的第c个通道图像所有像素值求平均得到的均值，mk表示均匀光场的第k个通道图像所有像素值求平均得到的均值；
其中，上述对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述均匀光场的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到均匀光场的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到均匀光场的第2个通道图像、均匀光场的第3个通道图像、均匀光场的第4个通道图像；
运动场景的马赛克图像的通道重组处理模块，用于根据所述焦平面探测器对运动场景进行图像采集得到一幅运动场景的马赛克图像；对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理，得到运动场景的第1个通道图像、运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像，并分别记为I1、I2、I3和I4；
其中，上述对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述运动场景的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到运动场景的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像；
运动场景的四个通道图像的归一化处理模块，用于分别对所述运动场景的第1个通道图像、所述运动场景的第2个通道图像、所述运动场景的第3个通道图像、所述运动场景的第4个通道图像进行归一化处理，对应得到第1个通道的归一化图像、第2个通道的归一化图像、第3个通道的归一化图像和第4个通道的归一化图像，并分别记为J1、J2、J3和J4，其中第c个通道的归一化图像Jc的计算公式为：
Jc(i,j)＝Ic(i,j)/qc，c∈{1,2,3,4}
其中，(i,j)表示像素在各通道图像中的坐标位置，Ic(i,j)表示运动场景的第c个通道图像在坐标(i,j)处的像素值，Jc(i,j)表示第c个通道的归一化图像在坐标(i,j)处的像素值；
高动态图像生成模块，用于由所述第1个通道的归一化图像、所述第2个通道的归一化图像、所述第3个通道的归一化图像和所述第4个通道的归一化图像合成为高动态图像F，其中所述高动态图像F的像素值F(i,j)的赋值规则为：
其中，上标b表示图像亮度的比特数。
6.根据权利要求1所述的在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，所述微偏振片阵列粘贴于所述焦平面探测器的焦平面上为所述微偏振片阵列粘贴于无微透镜阵列型探测器的光敏元阵列的表面上、粘贴于具有微透镜阵列型探测器的微透镜阵列的表面上、粘贴于探测器的微透镜阵列和光敏元阵列之间中的三种粘贴位置中的任何一种。
7.根据权利要求1所述的在运动场景下生成高动态图像的装置，其特征在于，所述微偏振片阵列粘贴于所述焦平面探测器的焦平面上，包括如下步骤：
S11：在所述焦平面探测器的焦平面上涂厚度小于300nm的紫外敏感胶；
S12：在偏振方向可调的线偏振光源照射条件下，调节所述微偏振片阵列的位置和角度，使得所述微偏振片阵列的每个单元对齐所述焦平面的一个像元；
S13：利用紫外灯曝光，将所述微偏振片阵列与所述焦平面探测器的焦平面固化在一起。
8.一种在运动场景下生成高动态图像的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S21：利用权利要求1至6任一项所述的装置中的所述光学镜头、所述起偏器、所述微偏振片阵列和所述焦平面探测器对均匀光场进行图像采集得到一幅均匀光场的马赛克图像；对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理得到均匀光场的四幅通道图像；按所述均匀光场的四幅通道图像的像素值的均值从大到小的顺序，分别将四个通道编号为第1个通道、第2个通道、第3个通道、第4个通道，其中第c个通道的相对光学透过率qc计算公式为：
其中，mc表示第c个均匀光场的通道图像所有像素值求平均得到的均值，mk表示均匀光场的第k个通道图像所有像素值求平均得到的均值；
其中，上述对所述均匀光场的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述均匀光场的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到均匀光场的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到均匀光场的第2个通道图像、均匀光场的第3个通道图像、均匀光场的第4个通道图像；
S22：利用权利要求1至7任一项所述的装置中的所述焦平面探测器对运动场景进行图像采集得到一幅运动场景的马赛克图像；对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理，得到运动场景的第1个通道图像、运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像，并分别记为I1、I2、I3和I4；
其中，上述对所述运动场景的马赛克图像进行通道重组处理的具体过程为：对第1个通道，从所述运动场景的马赛克图像中抽取经过第1个通道调制的所有像素，按照保持像素间的相对位置不变的规则，将所抽取的像素重组为一幅通道图像，得到运动场景的第1个通道图像；依次对第2个通道、第3个通道、第4个通道的所有像素进行同样的重组处理，分别得到运动场景的第2个通道图像、运动场景的第3个通道图像、运动场景的第4个通道图像；
S23：分别对所述运动场景的第1个通道图像、所述运动场景的第2个通道图像、所述运动场景的第3个通道图像、所述运动场景的第4个通道图像进行归一化处理，对应得到第1个通道的归一化图像、第2个通道的归一化图像、第3个通道的归一化图像和第4个通道的归一化图像，并分别记为J1、J2、J3和J4，其中第c个通道的归一化图像Jc的计算公式为：
Jc(i,j)＝Ic(i,j)/qc，c∈{1,2,3,4}
其中，(i,j)表示像素在各通道图像中的坐标位置，Ic(i,j)表示运动场景的第c个通道图像在坐标(i,j)处的像素值，Jc(i,j)表示第c个通道的归一化图像在坐标(i,j)处的像素值；
S24：由所述第1个通道的归一化图像、所述第2个通道的归一化图像、所述第3个通道的归一化图像和所述第4个通道的归一化图像合成为高动态图像F，其中所述高动态图像F的像素值F(i,j)的赋值规则为：
其中，上标b表示图像亮度的比特数。
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| CN202010442145.2A CN113706398A (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 在运动场景下生成高动态图像的装置及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114935579A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-08-23 | 北京环境特性研究所 | 两级多路偏振调制的强光背景抑制测量装置及方法 |
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