【摘要】：在現(xiàn)實(shí)世界中,有很多場景的亮度變化會(huì)很大,在一幅場景中可能同時(shí)包含著陽光的直射和角落的陰影。當(dāng)使用普通圖像采集設(shè)備對這種亮度變化很大的場景進(jìn)行成像時(shí),得到的圖像由于動(dòng)態(tài)范圍較低不能夠真實(shí)的反映出場景的細(xì)節(jié)。高動(dòng)態(tài)范圍成像技術(shù)可以使拍攝到的圖像擁有更寬廣的動(dòng)態(tài)范圍和更豐富的層次信息,從而提供更好的成像質(zhì)量和更加逼真的視覺體驗(yàn)。它在軍事、醫(yī)學(xué)、汽車、天文等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是,目前提出的許多高動(dòng)態(tài)范圍的成像技術(shù)手段都有著各自的局限性,并且它們所能獲取的場景的動(dòng)態(tài)范圍仍然有限。本論文提出了一種基于數(shù)字微鏡器件(DMD)的高動(dòng)態(tài)像素級調(diào)光成像技術(shù),它將數(shù)字微鏡器件用作空間光調(diào)制器,對到達(dá)圖像傳感器每個(gè)像元上光強(qiáng)進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)制,使得圖像傳感器可以同時(shí)探測到場景中的亮目標(biāo)和暗目標(biāo),從而提高成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。本論文通過分析數(shù)字微鏡器件擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的原理和它的光路結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出了一種基于DMD的雙目高動(dòng)態(tài)像素級調(diào)光成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用兩路同型號、同性能的sCMOS相機(jī)作為圖像采集設(shè)備,利用DMD作為空間光調(diào)制器同時(shí)對兩個(gè)相機(jī)進(jìn)行光強(qiáng)的調(diào)制,其理論動(dòng)態(tài)范圍可以高達(dá)209dB,實(shí)驗(yàn)證明的動(dòng)態(tài)范圍高于180dB。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了DMD對光強(qiáng)的調(diào)制精度,并根據(jù)EMVA 1288標(biāo)準(zhǔn)測試了sCMOS相機(jī)的性能參數(shù),驗(yàn)證了系統(tǒng)中兩個(gè)核心組件的線性度。在此基礎(chǔ)上搭建了系統(tǒng)調(diào)光精度分析平臺,驗(yàn)證了系統(tǒng)整體的調(diào)光精度。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對入射光強(qiáng)像素級別的調(diào)制,本文提出了一種雙目實(shí)時(shí)自標(biāo)定方法,該方法簡便快捷,不依賴于外界的標(biāo)定物,可以迅速完成對系統(tǒng)中兩個(gè)相機(jī)的標(biāo)定。通過實(shí)驗(yàn)證明,該方法標(biāo)定后的相機(jī)像元與DMD微鏡之間的平均匹配精度可以達(dá)到0.7個(gè)像元,兩個(gè)相機(jī)中對應(yīng)于同一個(gè)DMD微鏡的像元之間的平均匹配精度優(yōu)于0.57個(gè)像元,達(dá)到了像素級別的匹配精度。針對不同的高動(dòng)態(tài)場景以及不同的觀測要求,有針對性的設(shè)計(jì)了幾種不同的調(diào)光成像算法,通過實(shí)驗(yàn)證明,這些算法在滿足特定觀測要求的前提下,都能夠有效的對高動(dòng)態(tài)場景進(jìn)行調(diào)光成像。提出了高動(dòng)態(tài)場景的恢復(fù)方法和一種改進(jìn)的色階映射算子�；謴�(fù)出的高動(dòng)態(tài)場景圖像經(jīng)過壓縮顯示后能夠在普通的顯示器上顯示,并且能夠較為清晰的展現(xiàn)出場景中不同亮度區(qū)域的細(xì)節(jié),整幅圖像的對比度比較豐富,符合人眼的主觀感受。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41
【圖文】：

Crystal）以及數(shù)字微鏡器件（Digital Micro-mirror Device，DMD）。透射液晶是一種比較流行的光調(diào)制器，被廣泛的應(yīng)用于液晶顯示器（LiquidCrystal Displays，LCDs）和其他設(shè)備中。它的器件模型如圖 1.1(a)所示，它通過控制自身的偏振狀態(tài)，來決定入射光是否能透過液晶進(jìn)行傳導(dǎo)。然而由于在這種模式下入射光是穿過液晶器件進(jìn)行下一步的傳導(dǎo)，所以液晶單元的驅(qū)動(dòng)電路只能設(shè)置在每個(gè)液晶單元之間。這就會(huì)降低設(shè)備的相對孔徑，并且對對比度造成不利的影響。反射液晶器件是在半導(dǎo)體晶片和玻璃平板之間加入了液晶單元，如圖 1.1(b)所示。其中最具有代表性的就是硅基液晶（Liquid Crystal on Silicon），它同樣是通過控制微鏡單元的偏振狀態(tài)來絕對入射光下一步的傳導(dǎo)，但是與 LCDs 不同時(shí)的，它是將入射光進(jìn)行反射。通過這樣的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路可以放在器件的背面從而是這種類型的光調(diào)制器件可以擁有很高的對比度。數(shù)字微鏡器件是一個(gè)微反射鏡陣列構(gòu)成的微電子機(jī)械系統(tǒng)，如圖 1.1(c)所示。它通過控制反射光的方向來實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)的調(diào)制。最新一代的 DMD 的微鏡擺動(dòng)可以在幾微秒內(nèi)完成，從而可以對入射光的調(diào)制達(dá)到一個(gè)很高的精度。

圖 1.2 Nayer 研制的基于 DMD 的成像系統(tǒng)2007 年利用硅基液晶 LCoS 設(shè)計(jì)了一個(gè)高動(dòng)所示。該成像系統(tǒng)能夠根據(jù)液晶旋轉(zhuǎn)的情況自對調(diào)制后的光強(qiáng)成像，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對高動(dòng)態(tài)圖 1.3 基于 LCoS 的高動(dòng)態(tài)成像系統(tǒng)

[31]，系統(tǒng)實(shí)物圖如圖1.3所示。該成像系統(tǒng)能夠根據(jù)液晶旋轉(zhuǎn)的情況自適應(yīng)的調(diào)節(jié)LCoS反射的光強(qiáng)，然后對調(diào)制后的光強(qiáng)成像，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對高動(dòng)態(tài)場景的調(diào)制和采集。圖 1.3 基于 LCoS 的高動(dòng)態(tài)成像系統(tǒng)在國內(nèi)，浙江大學(xué)的馬俊使用基于 LCoS 的光強(qiáng)調(diào)制器來擴(kuò)展圖像傳感器的

【參考文獻(xiàn)】

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4 江q熟

本文編號：2748642