本发明专利技术公开一种基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像装置及方法，由EMCCD、单色CCD、聚焦透镜、运动控制平台、电动滤光片转轮、PC机和目标图像等构成，把标准比色卡作为目标图像，通过白平衡、色度调整和色彩校准将由YUV转换得到的RGB格式图像还原为色彩保真度较高的图像，由此得到映射色彩校正矩阵；然后对实物进行拍摄，根据映射色彩校正矩阵较好的还原低照度下的彩色图像。本发明专利技术可以在低照度的环境下，以不牺牲重构图像分辨率为前提，较好的还原彩色信息；同时利用近红外波段和可见光波段的光子，尽可能避免EMCCD在低照度下的噪声较大的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于彩色夜视成像技术，特别是一种基于EMCXD和单色CXD的彩色夜视成 像装置及方法。
技术介绍
根据杨-亥姆霍兹的三原色理论，色的感觉是由于三种原色光刺激的综合结果。 色彩中不能再分解的基本色称之为原色，原色可以合成其他的颜色，而其他颜色却不能还 原出本来的色彩。通常说的三原色，即红、绿、蓝。 在红、绿、蓝三原色系统中，红、绿、蓝的刺激量分别以R、G、B表示。由于从实际光 谱中选定的红、绿、蓝三原色光不可能调配出存在于自然界的所有色彩，所以CIE于1931年 从理论上假设了并不存在于自然界的三种原色，即理论三原色，以X，Y，Z表示。以期从理论 上来调配一切色彩，因此形成了 CIE1931标准色度系统（汤顺青.色度学.北京理工大学 出版社.1990. 6)。 为了还原较为准确的彩色信息，需要进行色彩校正过程。一般使用标准比色卡作 为目标图像进行校正。该色卡的目标旨在提供真正的贴近生活的图像再现，因此，摄影师可 以在各种光照情况下预测并控制颜色。每24个色块各代表了自然物体的实际颜色，并能像 现实世界中对应颜色那样反射光线。其中的6个灰度色块可用于白平衡校正和色度调整。 自动白平衡（AWB)是相机能获得高质量图像最关键的步骤之一。现存的AWB可 分为两类，全局AWB和局部AWB。在此，选用简单的全局AWB算法，即灰度世界算法（Gray World)(谷元保，付宇卓.一种基于灰度世界模型自动白平衡方法.计算机仿真，2006， 22(9) :185-188.)。 白平衡之后，采用色度调整算法使目标达到D65标准照明体照明情况下的要求。 算法过程如下：【主权项】1. 一种基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像装置，其特征在于包括PC(1)、 EMCCD(2)、单色CCD(3)、运动控制平台（4)、带有红绿藍滤光片的电动滤光片轮巧）、第一 聚焦透镜化）、第二聚焦透镜（7)、分束镜巧）、目标图像巧），PC(1)分别与EMCCD(2)、单色 CCD(3)、运动控制平台（4)连接，PC(1)通过运动控制平台（4)控制电动滤光片轮（5)转动； 由EMCCD(2)、单色CCD(3)、电动滤光片轮巧）、第一聚焦透镜化）、第二聚焦透镜（7)和分束 镜（8)组成光路系统，该光路系统设置在密封遮光的盒体内，其中分束镜（8)与外界有一个 接触面；在该光路系统中，第二聚焦透镜（7)放置在EMCCD(2)和面向EMCCD(2)的分束镜端 口之间，且EMCCD(2)、第二聚焦透镜（7)和面向EMCCD(2)的分束镜端口的中屯、线重合，电 动滤光片轮（5)和第一聚焦透镜（6)置于单色CCD(3)和面向单色CCD(3)的分束镜端口之 间，其中第一聚焦透镜（6)靠近分束镜巧），该单色CCD(3)、电动滤光片轮（5)上正在使用 的滤光片、第一聚焦透镜化）、面向单色CCD(3)的分束镜端口的中屯、线重合； 在低照度环境下，目标图像巧）的反射光直接通过分束镜（8)分为相同的两束，其中 一束通过第二聚焦透镜（7)进入EMCCD(2)得到高分辨率的灰度图像，另外一束依次通过第 一聚焦透镜化）、电动滤光片轮（5)上的滤光片分别在单色CCD(3)上得到=幅低分辨率的 红绿藍光谱下的灰度图像；其中EMCCD(2)得到的高分辨率图像的分辨率是单色CCD(3)得 到图像分辨率的整数倍n*n，EMCCD(2)和单色CCD(3)得到的4幅灰度图像传回PC(1)，在 PC(1)端的matl油中进行重构和彩色还原。2. 根据权利要求1所述的基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像装置，其特征在于 n*n《16*16,n的单位为像素。3. 根据权利要求1所述的基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像装置，其特征在于单 色CCD(3)在成像时使用像素合并的方法，降低分辨率的同时增加对光信号的灵敏度。4. 一种根据权利要求1所述的装置实现基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像方法， 其特征在于把标准比色卡作为目标图像巧），该目标图像（9)重构得到的标准比色卡RGB格 式图像的过程为；该目标图像（9)通过分束镜巧）、EMCCD(2)和单色CCD(3)得到的4幅 灰度图像传回PC(1)，Wn*n模块的方式对其中S幅低分辨率图像中的每个像素进行复制 填充，使其分辨率与EMCCD(2)得到的图像分辨率相同，然后将该=幅图像通过融合得到彩 色图像；将得到的彩色图像由RGB格式转换为YUV格式，选取其中的色度信号U、V信号与 EMCCD(2)得到的灰度图像信号融合后再转换为RGB格式；通过白平衡、色度调整和色彩校 准将重构得到的标准比色卡RGB格式图像还原为色彩保真度比原来标准比色卡RGB格式图 像更高的图像，由此得到映射色彩校正矩阵； 对实物进行拍摄，将拍摄得到的目标图像通过上述重构过程得到实物RGB格式图像， 根据映射色彩校正矩阵还原低照度下的彩色图像，从而实现了彩色夜视成像。5. 根据权利要求4所述的基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像方法，其特征在于具 体实现步骤如下： 5. 1首先选择标准比色卡作为目标图像（9)通过分束镜巧），在EMCCD(2)上成像得到 灰度图像Y0。，单色CCD(3)通过电动滤光片轮（5)上的红绿藍滤光片分别成像得到灰度图 像R0。、GO。、B0。，将得到的该4幅灰度图像传回PC(1);其中，灰度图像Y0。的分辨率高于灰 度图像R0。、GO。、B0。的分辨率，因此将分辨率高的灰度图像Y0。称为高分辨率图像，将分辨 率低的灰度图像R0。、GO。、B0。称为低分辨率图像； 5. 2Wn*n模块的方式对低分辨率图像RO。、GO。、BO。中的每个像素进行复制填充得到 模糊的R1。、G1。、B1。，使其分辨率与Y0。相同，然后将R1。、G1。、B1。通过RGB融合得到模糊的 彩色图像PIC1。； 5. 3将彩色图像PIC1。由RGB格式转换为YUV格式，从而得到相应的Y1t、Ult、Vl。信号； 提取其中的色度信号U1e、V1。，将EMCCD似拍摄的高分辨率灰度图像Y0。取代亮度信号Y1。， 使Y0。与色度信号U1。、VI。进行合成得到彩色图像PIC 5. 4利用灰度世界算法对彩色图像PICuH进行全局自动白平衡得到PIC2。，利用PICuH图像上包含6个灰度色块的平均RGB值估算彩色值，然后将该些估算的彩色值由 sRGB色彩空间转换到CIE1931XYZ色度空间并将Y归一化为100 ; 5. 5对PIC2。进行色度调整得到PIC3。，利用数值方法对PIC3。进行色彩校准得到PICrrf-O; 5. 6此时，PICuf_。的XYZ值即为目标所要达到的XYZ值，通过逆变换将其转换回sRGB色彩空间，得到Gif，而在白平衡之前彩色图像PICuH的RGB值也已知，记为 !1奸-;=[胎G2,及;由该两组数据得到映射色彩校正矩阵；式巧）中，中的比例系数为数值常量，利用matl油计算可得， ，(10); 5.7对实物进行拍摄，将拍摄得到的目标图像通过分束镜巧），在EMCCD(2)上成像得到 高分辨率灰度图像Y0,单色CCD(3)得到低分辨率灰度图像R0、GO、B0,通过步骤5. 2和步 骤5. 3的重构方法得到彩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于EMCCD和单色CCD的彩色夜视成像装置，其特征在于包括PC(1)、EMCCD(2)、单色CCD(3)、运动控制平台(4)、带有红绿蓝滤光片的电动滤光片轮(5)、第一聚焦透镜(6)、第二聚焦透镜(7)、分束镜(8)、目标图像(9)，PC(1)分别与EMCCD(2)、单色CCD(3)、运动控制平台(4)连接，PC(1)通过运动控制平台(4)控制电动滤光片轮(5)转动；由EMCCD(2)、单色CCD(3)、电动滤光片轮(5)、第一聚焦透镜(6)、第二聚焦透镜(7)和分束镜(8)组成光路系统，该光路系统设置在密封遮光的盒体内，其中分束镜(8)与外界有一个接触面；在该光路系统中，第二聚焦透镜(7)放置在EMCCD(2)和面向EMCCD(2)的分束镜端口之间，且EMCCD(2)、第二聚焦透镜(7)和面向EMCCD(2)的分束镜端口的中心线重合，电动滤光片轮(5)和第一聚焦透镜(6)置于单色CCD(3)和面向单色CCD(3)的分束镜端口之间，其中第一聚焦透镜(6)靠近分束镜(8)，该单色CCD(3)、电动滤光片轮(5)上正在使用的滤光片、第一聚焦透镜(6)、面向单色CCD(3)的分束镜端口的中心线重合；在低照度环境下，目标图像(9)的反射光直接通过分束镜(8)分为相同的两束，其中一束通过第二聚焦透镜(7)进入EMCCD(2)得到高分辨率的灰度图像，另外一束依次通过第一聚焦透镜(6)、电动滤光片轮(5)上的滤光片分别在单色CCD(3)上得到三幅低分辨率的红绿蓝光谱下的灰度图像；其中EMCCD(2)得到的高分辨率图像的分辨率是单色CCD(3)得到图像分辨率的整数倍n*n，EMCCD(2)和单色CCD(3)得到的4幅灰度图像传回PC(1)，在PC(1)端的matlab中进行重构和彩色还原。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘星炯，顾芷西，程亮，戚佳佳，何伟基，陈钱，张闻文，钱惟贤，任侃，于雪莲，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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