[发明专利]一种基于DMD动态分光的高动态成像模块

权利要求书

1.一种基于DMD动态分光的高动态成像模块，包括基于DMD高动态成像模块硬件以及光路控制软件和图像融合软件，其特征在于，所述硬件包括主镜（1）、适配器（2）、DMD空间光调制器（3）、动态分光装置（4）、光强动态可调机构（5）、位置传感器（6）、相机（7）、计算机（8），目标光线进入主镜中，经动态分光装置反射后，经过适配器、光强动态可调机构、位置传感器后，由相机采集图像，再经过DMD空间光调制器后传输到计算机进行参数计算补偿，获取高动态范围图像；

所述DMD空间光调制器包括电子控制系统及由DMD数字微镜组成的微镜阵列；

所述电子控制系统包括DMD空间光调制器控制板、电子同步触发电路，DMD空间光调制器控制板接收到计算机发送的矩形区域坐标值和分光比值后，计算矩形区域所在位置和微镜翻转时间，在下一帧图像采集开始前，DMD空间光调制器控制板控制DMD的指定区域微镜按照给定的脉宽进行高频翻转，从而实现目标区域分光比控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于DMD动态分光的高动态成像模块，其特征在于，所述光路控制软件具体为：光路控制即动态调整相机曝光量，

相机曝光量动态调整需要通过调整光圈大小、适配器分光比、至各相机的光强通过率以及相机的曝光时间和增益放大倍数组合来实现，

相机（）表示第m个主镜的第n个相机，其中，m为主镜数， n为相机数；所获得的曝光量相对值如下式，此处不考虑相机的增益系数，即假设相机的增益系数均一致：

(1)

其中，为主镜入瞳光总量，为该主镜的光圈档数确定的光通量与最大光圈的比值，以最大光圈时为1，为整束镜组内的动态分光装置的滤光片分往相机（）的分光比，为该相机对应的适配器内的光强动态可调机构的滤光片实现的光强通过率，为该相机的曝光时间，

按照光测任务的要求，根据现场光照条件和可预计的辐射亮度及其动态范围，预先通过设定各主镜光圈大小、分光比、光强通过率、相机曝光时间来调整各个相机的预设曝光量。

3.根据权利要求1所述的一种基于DMD动态分光的高动态成像模块，其特征在于，所述图像融合软件具体为：

对相机阵列中不同相机设置不同的曝光时间，同时捕获场景光照，获得不同曝光的图像，由于各个相机位置的差异，导致获得的图像存在一定的视差，需要在融合之前对图像进行配准和校正，

图像配准分为如下两个过程：

1）基于光场合成孔径理论的图像校准

首先需要对相机进行标定，获取各相机的内外参数，相机的内参和外参通过常规的张正友平面标定法获取，将标定板放在四台相机同时可以观察到的地方进行标定，获取统一坐标系下表征各相机方向和位置的外参，为后续基于光场合成孔径理论的图像校准提供参数，

场景中一个平面上的点在一个摄像机图像中的点经过单应矩阵变换与参考图像中的点相重合，对场景中的参考平面聚焦，场景深度变化不大时，场景中各点求取的单应变化不大，这样就将相机阵列的不同相机拍摄的图像经过投影变换校准到了同一个平面，

基于光场合成孔径理论在合成场景时必须在同一个平面才能保证合成效果最佳，深度变换越大合成的图像效果越差，但实际情况中很难保证场景在同一个深度平面上，这就需要进行第二步的精确配准，

2) 基于中值位图的图像配准

对于某时刻场景中的任意一点，因为比它亮的和比它暗的点的个数是一定的，所以对于不同曝光的两幅图像中的任意一个对应像素，比它亮的与比它暗的像素个数之比是一定的，基于这一思想，根据不同曝光图像的中值将图像二值化，即得到中值位图，根据中值位图对图像进行二次配准，得到精度较高的配准图像，

融合算法

采用基于小波分解的多曝光图像融合

在基于小波分解的多曝光图像融合方法中，首先，对源图像进行N层小波变换，将其分解为1个低频子图和3N个不同方向的高频部分，高频部分突出了图像的纹理细节，故对各图像分解的高频部分取最大值，对于低频部分进行加权求和，权值由像素的饱和度和曝光时间确定，然后，将归一化后的权值图进行高斯金字塔分解，分解层数与小波分解的层数相同，则分解后权值图最高层与小波分解后低频图像的大小相同，将图像的低频部分进行融合，得到融合图像的低频图像，将融合图像的低频部分和高频部分进行重建，得到最终的融合图像。