[发明专利]黑白面阵CCD相机平场校正方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及相机校正技术领域，尤其涉及一种黑白面阵CCD相机平场校正方法及系统。

背景技术

高质量图像是指能够真实地记录被测目标的结构、状态、纹理或颜色的图像。机器视觉系统通过对图像的处理和分析，最终实现了产品的分类、识别、检测或测量。高质量的图像有利于图像分割、边缘提取等处理，有利于特征提取以及最终的分类、识别、检测或测量。因此，获取高质量的图像是构建机器视觉系统的第一步。

对于应用于工业领域的机器视觉系统，许多都是利用黑白面阵CCD相机(下文简称“CCD相机”)在固定成像环境(如：光源照度、曝光时间等)下，进行目标图像的采集。此类系统影响图像质量的因素主要有三个方面，即：相机、光源和被摄物体本身。对于CCD相机而言，即使在照度均匀的光源照射下，对灰度特性均匀的目标进行成像，仍然可能会有一些小的不均匀性(又称作“不平场”)存在，这种不均匀性主要是由相机本身响应的不均匀性、暗电流以及偏置所引起的。只有通过有效的平场校正方法对其进行进一步校正，方可使校正后的图像能够真实地表现被测目标的亮度信息。

理想的CCD相机可看作一个理想系统，其阵列上各个光敏单元在完全相同的照射条件下，会产生数量相同的输出电荷，即输出强度均匀的图像。而实用的CCD相机并非是理想系统，对于一个目标其输出的图像可记做Image(x,y)，它包括以下几个部分：

偏置图像：即使曝光时间为0，仍会有一个图像输出，记做Offset(x,y)。

暗场图像：即使没有光照，仍会有一个随时间增强的暗场图像输出，记做Dark(x,y)。

目标图像：由被测目标产生的光电子像，记做Signal(x,y)。即：

Image(x,y)＝Signal(x,y)+Dark(x,y)+Offset(x,y)公式(1)

对于一个灰度均匀的目标，可能会输出一个强度不均匀的目标图像，记做Standard(x,y)，设其真实灰度值为Gray。在完全相同的条件下，相机采集某一目标的图像，其输出为Object(x,y)，如果希望将其恢复成一个通过理想系统所成的像Object′(x,y)，则：

上述过程即为对CCD相机进行了平场校正。

发明内容

本发明的目的在于公开一种新的黑白面阵CCD相机平场校正方法及系统。

为达上述目的，本发明公开一种黑白面阵CCD相机平场校正方法，包括：

关闭CCD相机的光圈，采集暗本底图像，得到与图像排列方式相同的暗本底矩阵Mat_a；

在正常使用条件下(即满足能正常拍照的条件)，采集标准白平衡纸图像，得到与图像排列方式相同的标准白矩阵Mat_b和灰度特性矩阵

在所述CCD相机响应特性与光源入射光线强度特性与采集标准白平衡纸图像相同的条件下，采集实际目标图像，得到实际图像矩阵Mat_s；

计算所述实际图像经平场校正后的相对灰度特性矩阵计算公式为：

可选地，上述响应特性以矩阵X表示，所述矩阵X对应光敏单元(x,y)的响应特性X(x,y)为：X(x,y)＝Y_c×k_c×f(x,y)×M_c；

其中，Y_c为相机的模数转换系数，k_c为所述光敏单元的注入时间与电子电荷量的乘积，f(x,y)为所述光敏单元量子效率η(x,y)与受光面积A(x,y)的乘积，M_c为反映目标的灰度特性入射光强度ω_r(x,y)、反射光强度n_f(x,y)三者映射关系的常系数，其中，

上述入射光强度特性以矩阵ω_r表示，所述入射光强度ω_r(x,y)为所述矩阵ω_r相对于图像排列方式的矩阵元素。

基于上述方法的启示，本领域技术人员可以对应开发一套执行上述方法的配套系统。该系统包括：

第一参数获取模块，用于关闭CCD相机的光圈，采集暗本底图像，得到与图像排列方式相同的暗本底矩阵Mat_a；

第二参数获取模块，用于在正常使用条件下，采集标准白平衡纸图像，得到与图像排列方式相同的标准白矩阵Mat_b和灰度特性矩阵