CN1902907A

CN1902907A - 防闪光设备、方法及附件和亮度动态特性增强的成像系统

Info

Publication number: CN1902907A
Application number: CNA2004800391387A
Authority: CN
Inventors: 让－鲁普·克里蒂恩
Original assignee: Tietronix Optics SAS
Current assignee: Tietronix Optics SAS
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2007-01-24
Also published as: FR2864740B1; WO2005069605A1; EP1698166A1; IL176143A0; FR2864740A1; US20090015682A1; JP2007517443A

Abstract

本发明涉及一种防闪光装置，包括照相机、用于再现经处理的图像的显像装置以及显示由联接到所述照相机的计算机控制的滤光图像的自适应光调制器，所述图像包含使得闪光区域模糊的掩蔽区域。本发明的装置的特征在于，它包括单个照相机，该单个照相机的输出连接到电子电路，该电子电路用于控制滤光器交替显示获取图像和滤光图像，其中获取图像和滤光图像在前一获取阶段根据由照相机传输的图像来进行计算。本发明还涉及通过这样一种装置来实施的方法，以及用于照相装置的附件。

Description

防闪光设备、方法及附件和亮度动态特性增强的成像系统

技术领域

本发明涉及用于调制由图像传感器接收的图像以避免源自高强度源的闪光并且增强亮度动态特性的设备和方法。

背景技术

这些设备能够形成用于汽车、船舶或飞行器的有源防晒板、或者具有夜视或安全的增强功能的观测设备。该方法也能够应用于改进电影摄影或照相摄影设备。

现有技术包括美国专利申请US020071185。该专利描述了一种动态滤光的系统和方法，其阻断强光源而不会影响剩余的景象。传感器测量光的强度和位置，以使得滤光矩阵的选定单元掩蔽该强光源或者每个强光源。入射图像通过射束分裂器将一部分传输到所述传感器，将其它部分传输到位于滤光矩阵后面的曝光照相机。

现有技术的另一个代表是美国专利US2002/012064。该专利不涉及移动图像的获取，而涉及照相摄影应用领域。由于没有对可变图像的正在进行的和实时的重算，因此，问题有所不同。此外，该资料没有公开关于有源滤光器在输入透镜的焦平面中的位置的特性。

美国专利4918534涉及一种利用图象增强器对对应于痊愈的图像进行医学成像的设备。该资料没有公开关于滤光器在焦平面中的位置的特性。

现有技术中的技术方案需要利用传感器来分析未处理的图像，还需要照相机来获取由滤光器处理的图像。射束分裂器减小了由照相机获取的图像亮度。本发明的目的是，提供一种改正这些缺陷的技术方案，从而使得可以制造出更加小巧和更加廉价的设备，并且使得该设备具备优越的光学质量。

发明内容

为了实现该目的，本发明根据其最宽泛的含义涉及一种防闪光设备，包括图像传感器、用于再现该图像的显像设备以及呈现由所述图像传感器控制的滤光调制的自适应光调制器，所述调制提供使得闪光区域模糊或衰减的掩蔽区域，其特征在于，它包括单个图像传感器，其执行控制该自适应光调制器的分析功能以及记录调制图像的功能。

术语“图像传感器”在本专利中用于表示一种用于获取光谱中的图像并传送电信号的设备。它特别是但不限于电荷耦合设备、CCD、微辐射计矩阵、阴极射线管照相机、电荷倍增传感器。

术语“光调制器”在本专利中用于表示一种提供传输或反射区域的设备，其中传输或反射区域是可变的以及由电信号控制，该电信号插入到图像传感器的视区当中。例如，它可以是液晶显示屏幕或者MEMS型微镜阵列。光调制器的“传输率”在本专利中应理解为调制器传输到图像传感器的光的部分，不管它的调制类型如何(传输型，反射型，传输反射型，等等)。Vtmax表示调制器的最大传输率(“白色”)。Vtmin表示调制器的最小传输率(“黑色”)。Vtmax/Vtmin＝c，其中c＞1。

术语“分析模式”在本专利中用于表示由图像传感器传送的电信号用于产生调制信号来控制光调制器的状态。

术语“记录模式”在本专利中用于表示由图像传感器传送的电信号用于产生信号到显像设备、用于通常在视频监视器或投影屏幕等等上记录或再现调制图像的状态。

根据第一实施例，图像传感器的输出连接到电子电路，根据在前一分析阶段图像传感器看到的图像以及在记录阶段有效的图像的计算，控制该调制器交替用于分析目的的调制和用于滤光目的调制。

有利地，该电路不能在分析阶段将电信号从图像传感器传输到显像设备。

优选的，该电子电路在分析阶段将预记录图像传输到显像设备，其中该预记录图像对应于在分析阶段之前由图像传感器传输的图像。

根据一个变型例，该电子电路在分析阶段控制该光调制器，从而它在整个表面区域上显示出均匀的传输率，其中传输值对应于值Vt小于1。

根据一个特定实施例，所述值Vt根据至少一个之前的图像的亮度来确定。

根据第一变型例，光调制器是液晶滤光器。

根据另一个变型例，所述光调制器是反射滤光器。

根据第三变型例，所述光调制器是传输滤光器。

优选的，所述光调制器位于输入透镜的焦平面中。

根据一个特定实施例，光调制器是可操纵的微镜滤光器。

根据一个优选变型例，光调制器具有在波带的整个表面区域上均匀的最大传输率。

优选的，所述波带对应于红色。

有利地，光调制器具有在波带中可调的传输率。

根据一个变型例，所述波带是750纳米-1400纳米波带。

本发明还涉及一种用于处理由图像传感器获取的图像的方法，包括通过周期性再估计掩蔽图像所控制的光调制器来进行滤光的步骤，其特征在于，它交替的包括以下步骤：用于获取图像以及分析所述图像以准备掩蔽图像的步骤；以及滤光步骤，在滤光步骤期间，在插入由之前再估计掩蔽图像所控制的所述光调制器之后通过图像传感器来获取图像；用于获取图像以控制光调制器以及用于再现由相同图像传感器执行的校正图像的步骤。

有利地，在分析步骤期间再现的图像对应于之前的校正图像。

优选的，在小于视网膜持续时间的时间内执行该分析步骤。

本发明还涉及一种照相或视频曝光设备的附件，用于校正由图像传感器获取的图像，其特征在于，它包括有源光调制器，该有源光调制器由滤光图像控制，该滤光图像由接收图像传感器获取的图像并且在分析阶段周期性控制光调制器的参考滤光图像的提供的电路进行周期性再估计。

根据一个变型例，该电路也不能在分析阶段在图像传感器和曝光设备的输出之间建立联接。

附图说明

通过阅读下面的描述，参照非限制性的示例性实施例，将能够更好的理解本发明，其中：

-图1表示根据本发明的设备的光学图，

-图2表示一个变型实施例的视图，

-图3表示根据本发明的设备的通用结构，

-图4表示通过本发明实施的调制器的示意图，

-图5表示电子电路的理论方块图，

-图6表示滤光模块的理论方块图，

-图7表示滤光模块的响应曲线，

-图8和9表示阈值表格和对应的响应曲线，

-图10表示该设备的操作算法，

-图11和12表示一个变型例的阈值表格和对应的响应曲线，其具有多个阈值等级。

具体实施方式

根据本发明的该设备包括图像传感器(1)，例如数字视频照相机或数字照相设备的传感器。自适应光调制器(2)插入到光学路径上。它位于输入透镜(3)的图像平面中，该输入透镜将观测图像聚焦在光调制器(2)该平面中。输出光学系统(4)位于光调制器(2)和照相机的光学系统之间。当然，它可以结合输出光学系统(4)和单个光学模块形式的曝光设备的光学系统。

计算机(5)连接到图像传感器(1)的输出。它控制自适应光调制器(2)和该设备的射频输出。在所述例子中，它包括视频存储器。

计算机周期性执行以下功能：

1-分析：在该步骤中，计算机(5)控制光调制器(2)以形成参考掩蔽图像，例如在光调制器的整个表面区域上显示出均匀滤光率的滤光图像，从而产生均匀的灰色滤光器。该均匀的滤光率可以是可变的，由颜色来进行字面传译，从白色(零滤光或者最大传输)到黑色(最大滤光或最小传输)不等。图像传感器(1)的输出传送具有总体亮度等级减小的图像。

2-新掩蔽图像的估计。在该步骤中，计算机确定高强度区域以便计算新掩蔽图像。亮度超过阈值的这些区域将整个或部分地被掩蔽。

3-获取滤光图像：计算机(5)发送再估计滤光图像到光调制器(2)，而光调制器呈现整体或部分地模糊化高强度区域的配置。由传感器(1)获取的图像被传输到视频输出以显示出经处理的图像。

在步骤1和2中，在视频输出上可获得的图像可以包括记录在视频存储器(6)中记录的图像，对应于之前经处理的图像。

步骤1和2的持续时间小于视网膜持续时间。

以大于每秒25个处理的速率优选的执行该循环。

在步骤1中控制光调制器的参考图像是恒定传输图像，如果需要，可以通过对之前各循环的各图像的强度进行分析来调节该参考图像的等级。该变型例使得可以在步骤1和2中优化图像的亮度等级，以及改进阈值处理效率。它还可以提供不均匀的参考图像，其在具有超亮度概率的区域中显示出更低的传输率，该超亮度概率基于之前图像上可获得的信息来确定。在这种情况下，对掩蔽图像的计算将考虑参考图像的概图(profile)，以便计算新掩蔽图像。

该掩蔽可以依赖于波长：例如，对于汽车应用场合，建议在所有情况下在对应于安全信号的波带中允许高的或者甚至最大的传输率，该安全信号例如是对应于停车灯和交通灯的红色信号。

图2表示采用反射光调制器而不是传输光调制器的变型实施例的光学图的视图。光调制器(12)由微镜构成，微镜的定位被控制在向图像传感器反射的位置和向陷光器散射或反射的位置之间。对应于高光强度区域的微镜被控制以散射入射束或者将其再定向到陷光器，而其它微镜被取向为向图像传感器(1)反射入射束。

图3表示根据本发明的该设备的通用结构。

该设备传统上包括在光调制器(20)的焦平面中形成图像的输入光学系统(19)和由电子控制电路(23)所驱动的图像传感器(21)。

控制电路(23)驱动光调制器(20)和图像传感器(21)的操作，以及传送用于显像装置的视频信号。

控制电路(23)确保光调制器和图像传感器之间的匹配，其通常是矩阵形式的。这两者之间的光学匹配确保光调制器的象素组Mi和图像传感器的象素组Ci之间的相关性。

在一个实施例中，光调制器具有960×720的分辨率，该图像传感器具有640×480(VGA)的分辨率。

该光调制器分为由3×3象素构成的象素组，或者象素的320×240组Mi(i从1变化到76800)，如图4所示。

该图像传感器分为象素的许多组Ci，其光学对应于光调制器的(或者包括2×2象素的Ci的)象素组Mi。

对光调制器的信号Gi的限定

光调制器的象素组Mi的传输率等于Vti＝Vtmax×Gi，其中Gi是光调制器的象素组Mi的灰度。

当Gi涉及“黑色”等级时，它从值Vtmin/Vtmax变化到1，当它涉及“白色”等级时，Gi则从1/c变化到1。

对图像传感器的信号Yi的限定

根据每个组构象素的亮度(根据该实施方法，它可以是该组的最大值，或者是该组的平均值，或者是该组中的优选象素的值)来确定图像传感器的象素组Ci的亮度。

它等于Li＝Lmax×Yi，其中Yi从值Lmin/Lmax变化到1。

Lmin和Lmax分别是图像传感器的最小和最大亮度，它们依赖于图像传感器的当前操作模式(快门时间等)。下面的表达式也适用：Lmax/Lmin＝d，其中d＞1。

因此，Yi从1/d变化到1。

象素组的传输率

光调制器的象素组Mi的传输率Vti特别依赖于构成该组的每个象素的传输率。

根据一个实施例，Vti通过均匀设置Mi的所有象素来获得。

根据另一个实施例，Mi由3×3象素构成。通过将中心象素设置为Vtmax，而将其它八个象素设置为一个相同的值，从而在这九个象素上获得Vti，从而来产生Vti，如图4所示。

根据一个变型例，光调制器由微镜的矩阵构成。

利用微镜矩阵作为光调制器具有许多优点：

-Vtmax高。

-c高。

-调制时间快。

Gi能够利用时间调制率(工作循环)来设定。

根据两种操作模式来驱动该调制器。

根据第一种操作模式，该装置交替操作为“分析模式”和“记录模式”。

根据第二种操作模式，“分析模式”和“记录模式”同时存在。

在第一种操作模式中，一个循环包括含分析阶段后接记录阶段的时间段。

理论上，由于记录模式为有效模式，所以后者比分析模式的持续时间更长。

该设备的核心是电子智能电路(22)，其和多个元件同步，并且根据模式(分析或记录模式)来管理所有信号。

示例性实施方案：针对一个完整的循环描述五个系列的信号

在分析模式：

步骤1：电子电路(22)控制光调制器在整个表面区域上都显示出均匀的传输率，其等于Vtan＝Vtmax×Gan，其中Gan小于1。

在一个实施例中，Gan＝1/100。

步骤2：电子电路将图像传感器的快门时间控制为前一循环的记录模式的快门时间的分数(或者控制为预定启动值，如果它是第一个循环的话)：Tshutteran＝Tshutterrec×Tan，其中Tan小于1。

根据一个优选情况，在设置Gan和Tan时均作出各种努力，以使得Gan×Tan的乘积尽可能大，并且小于或等于1/c。根据该最佳情况，Gan×Tan＝1/c。

在一个实施例中，Tan＝1/10。

步骤3：电子电路从图像传感器获取信号。它利用操作算法以及它所拥有的其他参数(包括用来控制光调制器和图像传感器的控制参数)来处理该信息。然后将在下面的记录阶段利用该处理过程的结果。

步骤4：电子电路告知当前模式是分析模式并且不从图像传感器传输信息。

步骤5：传输到显像装置的信号是在前一记录阶段结束时传输到显像装置的信号的再现信号。

在记录模式中：

步骤1：电子电路控制光调制器，以使得显示出当处理前一分析阶段的信号“3”时计算出的滤光调制。

步骤2：电子电路控制图像传感器的参数(快门时间，增益，等等)。这些参数在处理前一分析阶段的步骤3的信号时被计算。

步骤3：电子电路从图像传感器获取信号。

步骤4：电子电路传输来自图像传感器的信号和控制参数的值，其中利用它们控制光调制器和图像传感器。

步骤5：传输到显像装置的信号从步骤4的信号的数据中产生。

在电子电路中进行处理的例子：在记录模式中的Gi和分析模式中的Yi之间产生关联

如前一部分中对于分析模式中的步骤3和记录模式中的步骤1的信号的描述中所详细说明的那样，记录阶段中的滤光调制特别是依赖于来自前一分析阶段的图像传感器的信号。这意味着记录阶段中的Gi特别依赖于来自前一分析阶段的Yi。

该Gi和该Yi之间的关系是电子电路的操作当中的一个重要方面。该关系或者“滤光传递函数”由以下来进行符号表示：Gi＝F(Yi)。

它可以是电子电路中记录的单“查询表格”类型的映射表格，或者可以由用户编程，或者根据参数由电子电路进行选择(在它的存储器中记录的表格目录之内)。

它可以是附条件的函数。在一个实施方案中：

如果Yi＜Gan×Tan，则Gi＝1

如果Yi＞Gan×Tan，则Gi＝Gan×Tan/Yi

如果Yi＞c×Gan×Tan，则Gi＝1/c

它可以是正函数。

在一个实施方案中，该函数是：Gi＝Gan×Tan/Yi。

在一个实施方案中，该函数是：Gi＝d×(1-c)×Yi/(c×(d-1))+(c×d-1)/(c×(d-1))。

在一个实施方案中，该函数是对数函数：Gi＝1/c+(1-c×)log(Yi)/(c×log(d))。

它可以和阈值THR进行简单的对比：

如果Yi＜THR，则Gi＝1

如果Yi＞THR，则Gi＝1/c

分析模式中的步骤3的信号的特定情况

为了加速图像传送到电子电路的传送时间，以及/或者处理时间，可以通过获取图像传感器的一部分象素来实现。实际上，如1.2部分中所述的那样，有用信息仅能够相关于一组象素；因此仅需要获取用于每组象素的单个数据项。

这样的一个例子是在“bining”模式(对朝向单个输出数据项的许多个相邻象素进行平均化)中使用图像传感器。

电子电路的示例性结构

图5表示该电子智能电路的简化结构图：

它包括多路复用器(30)和存储器(32)，其中多路复用器(30)从存储器(31)接收包含记录控制参数的数据，而存储器(32)包含分析控制参数(Tan等等)。

它还包括用于将数据传送到第二多路复用器(34)的同步机器(33)。

第三多路复用器(35)从滤光电路(36)以及从调制器Gan(37)接收数据。

同步机器和图像传感器(作为主部件或作为从部件)同步。它根据模式(分析或记录模式)来切换信号。

在分析模式中：

“1”：多路复用器(34)限定用于“Gan”调制器(37)的均匀传输率。

“2”：多路复用器限定用于分析模式的图像传感器控制参数(Tan等等)。

“3”：信号Yi由多路复用器切换到存储器M1。然后利用滤光传递函数(见2.2)对它们进行处理。

在记录模式中：

“1”：多路复用器通过从滤光传递函数中获取的处理来限定滤光调制(36)。

“2”：多路复用器限定用于记录模式的图像传感器控制参数。

“3”：信号Yi由多路复用器切换到存储器M2，在存储器M2中，它们被存储，以向前发送到用于显像装置的电子设备。

分析模式中的信号“1”的特定情况

在实施方案的一种情况中，对于调制器的所有象素组Mi都进行相同的管理。相反，在一个组内，对象素进行不同的管理。例如，所有的象素都可以被设置为Vtmin，除了一个象素被设置在Vtmin至Vtmax之间之外。

在实施方案的一种情况中，分析模式的信号“1”依赖于前一记录模式的信号“1”。例如，如果Girec＜THR，则Gian＝1/c，其中THR是阈值。

第二操作模式的一般原理

基本思路都是相同的：根据来自自身的图像传感器的信息来控制光调制器，其中该自身的图像传感器被防止受到闪光。然而，没有象第一操作模式中那样的两个交替模式，该原理是具有反馈的恒定有源控制。

在“交替”操作模式中，电子智能电路利用分析阶段来确定滤光调制。

在这里所述的反馈操作模式中，没有分析阶段；因此仅有一个操作模式，将其分成各个循环。这使得可以避免在一个循环中具有“非有效时间”时间段(例如分析阶段)，因此具有用于在图像传感器上进行曝光的曝光时间的最大有效时间。

图6表示对应于该第二操作模式的滤光模块的理论方块图。

根据在前一循环中应用的调制以及还是在前一循环中由视网膜看到的信息来确定该滤光调制。

循环n+1的Gi依赖于循环n的Gi和循环n的Yi：

Gi(n+1＝A[Gi(n)；Yi(n)]

A[]是该实施例的“滤光函数”，其原理在下面给出(M1和M2是存储器)。

图7表示滤光函数的响应曲线。

滤光电路通过取阈值来产生表示形式，从而确定调制器是否需要进行通过(Gi＝1)或者进行阻断(Gi＝1/c)。

假设两个阈值等级S1和S2：

如果Yi(n)＞S1，则Gi(n+1)＝1/c

如果Yi(n)＜S2，则Gi(n+1)＝1

根据所需的光度特性来确定阈值S1。

根据S1来限定阈值S2，以确保良好的反馈：S2＝S1/c-_

_为避免控制函数的干扰所需的磁滞。

图8和9表示对应于由不同阈值等级确定的许多个滤光等级的阈值表格和响应曲线。

图10表示该设备的操作算法。

在开始处，调制器总体上是透明的，所有的象素都处于通过模式。

然后接下来获取图像n，同时，在显像屏幕上再现，分析该图像，开始读取第一象素i的亮度等级。

如果对应象素的状态是阻断状态，则将该亮度值和阈值2进行比较，然后根据比较结果来修改或者维持该象素的状态。

如果对应象素的状态是通过状态，则将该亮度值和阈值1进行比较，然后根据比较结果来修改或者维持该象素的状态。

对于每个象素都重复该处理过程，这会导致在图像获取期间由调制器提供的滤光的正在进行的再计算。

可以参照许多个阈值来执行该滤光，如图11和12所示，这两个图对应于阈值表格和响应曲线。

Claims

1.一种防闪光装置，包括照相机(1)、用于再现经处理的图像的显像装置以及提供由连接到所述照相机(1)的计算机(5)控制的滤光图像的自适应光调制器(2)，所述图像显示使得闪光区域模糊的掩蔽区域，其特征在于，它包括单个照相机(1)，该单个照相机的输出连接到电子电路(5)，该电子电路用于控制滤光器(2)交替显示获取图像和滤光图像，其中滤光图像根据在前一获取阶段由照相机(1)传输的图像来进行计算，所述传输滤光器位于输入透镜的焦平面。

2.根据权利要求1所限定的防闪光装置，其特征在于，该电路(5)使在获取阶段来自照相机(1)的视频信号不能传输到显像装置。

3.根据权利要求1或2所限定的防闪光装置，其特征在于，该电子电路(5)在获取阶段将预记录图像传输到显像装置，其中该预记录图像对应于在获取阶段之前由照相机传输的图像。

4.根据前述任意一个权利要求所限定的防闪光装置，其特征在于，该电子电路(5)在获取阶段控制该滤光器(2)，使得它在整个表面区域上显示出均匀的传输率，传输值对应于小于1的值Vt。

5.根据权利要求4所限定的防闪光装置，其特征在于，所述值Vt根据至少一个之前的图像的亮度来确定。

6.根据前述任意一个权利要求所限定的防闪光装置，其特征在于，滤光器(2)是液晶滤光器。

7.根据前述权利要求所限定的防闪光装置，其特征在于，所述滤光器是反射滤光器(12)。

8.根据前述权利要求所限定的防闪光装置，其特征在于，所述滤光器是传输滤光器。

9.根据权利要求1至7中任意一个所限定的防闪光装置，其特征在于，滤光器是可操纵的微镜滤光器。

10.根据前述任意一个权利要求所限定的防闪光装置，其特征在于，掩蔽区域具有波带中的最大传输。

11.根据前述权利要求所限定的防闪光装置，其特征在于，所述波带对应于红色。

12.一种用于处理由照相机获取的图像的方法，包括通过周期性再估计掩蔽图像所控制的滤光器进行的滤光步骤，其特征在于，它交替的包括以下步骤：用于获取图像以及分析所述图像以准备掩蔽图像的步骤；以及滤光步骤，在滤光步骤期间，在插入由之前再估计掩蔽图像所控制的所述滤光器之后通过照相机来获取图像；用于获取图像以控制滤光器以及用于再现由相同照相机执行的校正图像的步骤。

13.根据前一权利要求所限定的方法，其特征在于，在用于获取掩蔽图像的步骤期间再现的图像对应于之前的校正图像。

14.根据权利要求12所限定的方法，其特征在于，在小于视网膜持续时间的时间内执行该用于获取滤光图像的步骤。

15.一种照相或视频曝光装置的附件，用于校正由图像传感器获取的图像，其特征在于，它包括有源滤光器，该有源滤光器由掩蔽图像控制，该掩蔽图像由接收照相机获取的图像并且在用于获取新掩蔽图象阶段周期性控制滤光器的参考滤光图像提供的电路进行周期性再估计。

16.根据前一权利要求所限定的附件，其特征在于，所述电路也在用于获取滤光图像的阶段期间不能在图像传感器和曝光装置的输出之间建立连接。