获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种获取用于动态范围成像的多曝光图像的方法及系统，属于光电传感器成像模式设计与应用技术领域，该方法包括以下步骤：获取成像积分级数；根据成像积分级数确定传感器开窗以及一个周期内的强曝光帧数和弱曝光帧数；按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据传感器开窗、强曝光帧数和弱曝光帧数进行成像，获得一个周期对应的图像序列；分别对图像序列中的强曝光图像序列和弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。本发明专利技术通过开窗区域以固定步长交替强弱曝光，并在同一个曝光类型内以隔行交错方式进行时间延迟积分，实现具有高灵敏度、高信噪比的时间延迟积分类成像模式的同时具备同一区域多次曝光功能。

Method and system for acquiring multi exposure images for high dynamic range imaging

The invention relates to a method and a system for acquiring multi-exposure images for dynamic range imaging, belonging to the field of photoelectric sensor imaging mode design and application technology. The method comprises the following steps: acquiring imaging integral series; determining sensor window opening and the number of strong exposure frames in one cycle according to imaging integral series; and According to the sequence of first strong exposure and then weak exposure, the image sequence corresponding to the period is obtained by opening the window of the sensor, the number of strong exposure frames and the number of weak exposure frames. The multi exposure image of the target area is obtained. The invention realizes the time delay integral imaging mode with high sensitivity and high signal-to-noise ratio by alternating strong and weak exposure with fixed step size in the open window area and interlacing time delay integral in the same exposure type, and has the function of multiple exposure in the same area.

【技术实现步骤摘要】
获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法及系统
本专利技术涉及光电传感器成像模式设计与应用
，特别是涉及一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法及系统。
技术介绍
数字域TDI技术是一种利用面阵CMOS作为成像系统探测器，基于时间延迟积分的思想通过对同一目标多次曝光实现提高系统灵敏度与信噪比的方法。目前该方法在航天遥感领域应用广泛，但针对需要进行高动态范围成像的场景则存在相应的限制。为了获取用以高动态范围成像的同一区域不同曝光场景图像，现有的数字域TDI成像系统仅能采用传统CMOS面阵成像模式进行分时曝光的方案，这相当于牺牲了TDI方法带来的灵敏度与信噪比等指标的提升，因此，传统CMOS面阵成像模式进行分时曝光的方法无法在有效兼顾数字域TDI成像系统的高灵敏度与高信噪比的同时，获取用于合成高动态范围图像的多曝光图像序列，限制了数字域TDI成像系统成像能力的进一步提升。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统CMOS面阵成像模式进行分时曝光的方法无法兼顾数字域TDI成像系统的高探测性能与多曝光图像获取的问题，提供一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法及系统，该方法及系统在有效兼顾高灵敏度与高信噪比的同时，可获取用于合成高动态范围图像的多曝光图像序列，有效兼顾了数字域TDI成像系统的高灵敏度、高信噪比与高动态范围，为数字域TDI成像系统成像能力的进一步提升提供保障。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，该方法包括以下步骤：获取成像积分级数；根据所述成像积分级数确定传感器开窗以及一个周期内的强曝光帧数和弱曝光帧数；按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据所述传感器开窗、所述强曝光帧数和所述弱曝光帧数进行成像，获得一个所述周期对应的图像序列；对所述图像序列中的强曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，对所述图像序列中的弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。相应地，本专利技术还提出一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的系统，该系统包括：获取模块，用于获取成像积分级数；传感器开窗及曝光帧数确定模块，用于根据所述成像积分级数确定传感器开窗以及一个周期内的强曝光帧数和弱曝光帧数；成像模块，用于按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据所述传感器开窗、所述强曝光帧数和所述弱曝光帧数进行成像，获得一个所述周期对应的图像序列；时间延迟积分模块，用于对所述图像序列中的强曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，对所述图像序列中的弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。上述获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法及系统利用传感器作为探测器件，在数字域TDI过程中，通过开窗区域以固定步长交替强弱曝光，实现同一区域一组强弱曝光图像的获取，并且在同一个曝光类型内，以隔行交错方式进行时间延迟积分，实现具有高灵敏度、高信噪比的时间延迟积分类成像模式的同时具备同一区域多次曝光功能，使得利用数字域TDI方式成像的成像系统同时具备实现高动态范围成像的能力。附图说明图1为本专利技术获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法其中一个实施例的流程示意图；图2为本专利技术获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法其中一个具体实施方式中的流程示意图；图3为成像积分级数为2时本专利技术获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法的成像示意图。具体实施方式本专利技术的目的是提供一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法及系统，以实现具有高灵敏度、高信噪比的时间延迟积分类成像模式同时具备同一区域多次曝光功能。下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在其中一个实施例中，如图1所示，一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，该方法包括以下步骤：S100获取成像积分级数；S200根据成像积分级数确定传感器开窗以及一个周期内的强曝光帧数和弱曝光帧数；S300按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据传感器开窗、强曝光帧数和弱曝光帧数进行成像，获得一个周期对应的图像序列；S400对图像序列中的强曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，对图像序列中的弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。具体地，在本实施例的步骤S100中，首先确定用于时间延迟积分成像所需的成像积分级数M。在步骤S200中，根据步骤S100中获取的成像积分级数M确定传感器开窗S以及一个周期内的强曝光帧数N1和弱曝光帧数N2。优选地，传感器开窗为成像积分级数的三倍，即根据所需的成像积分级数M确定传感器开窗S的大小为：S＝3·M强曝光帧数与弱曝光帧数相等，并且强曝光帧数与成像积分级数之差为1，即根据所需的成像积分级数M确定一个周期内的强曝光帧数N1和弱曝光帧数N2为：N1＝N2＝M+1在步骤S300中，按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据传感器开窗、强曝光帧数和弱曝光帧数进行成像，获得一个周期对应的图像序列。在本步骤中，按照先强曝光N1次、弱曝光N2次的顺序为一个循环开始成像，获得一个周期对应的图像序列，假设当前采集循环强曝光图像的第一帧为Pi(m,n)，弱曝光图像的第一帧为Qi(m,n)，待成像的目标景物区域(或者目标区域)为O(m,n)，其中m为传感器像素所在行位置，n为传感器像素所在列位置，i为每个周期第1帧在实际的全部成像序列的位置。在步骤S400中，对图像序列中的强曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，对图像序列中的弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。在步骤S300获取一个循环成像后得到的图像序列后，进入步骤S400的时间延迟积分过程，假设成像积分级数M代表的行数为偶数行，其相邻的行为奇数行，强曝光图像序列和弱曝光图像序列分别在组内按照如下隔行交错的方式进行时间延迟积分：强曝光图像序列偶数行：O(M+2d,k)＝Pi(M+2d,k)+Pi+1(M+2d-1,k)+...+Pi+M-1(2d+1,k)d＝0,1,...,M强曝光图像序列奇数行：O(M+2d+1,k)＝Pi+1(M+2d,k)+Pi+2(M+2d-1,k)+...+Pi+M(2d+1,k)d＝0,1,...,M弱曝光图像序列偶数行：O(M+2d+N1,k)＝Qi(M+2d,k)+Qi+1(M+2d-1,k)+...+Qi+M-1(2d+1,k)d＝0,1,...,M弱曝光图像序列奇数行：O(M+2d+N1+1,k)＝Qi+1(M+2d,k)+Qi+2(M+2d-1,k)+...+Qi+M(2d+1,k)d＝0,1,...,M其中，k为传感器像素所在列位置。优选地，本实施例中的传感器为面阵CMOS传感器，以提高成像系统的高灵敏度与高信噪比。对强曝光图像序列和弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分后，输出目标区域的多曝光图像。本实施例所提出的获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法利用传感器作为探测器件，在数字域TDI过程中，通过开窗区域以固定步长交替强弱曝光，实现同一区域一组强弱曝光图像的获取，并且在同一个曝光类型内，以隔行交错方式进行时间延迟积分，实现具有高灵敏度、高信噪比的时间延迟积分类成像模式的同时具备同一区域多次曝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取成像积分级数；根据所述成像积分级数确定传感器开窗以及一个周期内的强曝光帧数和弱曝光帧数；按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据所述传感器开窗、所述强曝光帧数和所述弱曝光帧数进行成像，获得一个所述周期对应的图像序列；对所述图像序列中的强曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，对所述图像序列中的弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。

【技术特征摘要】
1.一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取成像积分级数；根据所述成像积分级数确定传感器开窗以及一个周期内的强曝光帧数和弱曝光帧数；按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据所述传感器开窗、所述强曝光帧数和所述弱曝光帧数进行成像，获得一个所述周期对应的图像序列；对所述图像序列中的强曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，对所述图像序列中的弱曝光图像序列以隔行交错的方式进行时间延迟积分，获得目标区域的多曝光图像。2.根据权利要求1所述的获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，其特征在于，还包括以下步骤：判断是否接收到停止成像指令，若是，则输出所述多曝光图像；若否，则重新执行所述按照先强曝光、后弱曝光的顺序，根据所述传感器开窗、所述强曝光帧数和所述弱曝光帧数进行成像，获得一个所述周期对应的图像序列的步骤。3.根据权利要求1或2所述的获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，其特征在于，所述传感器开窗为所述成像积分级数的三倍。4.根据权利要求1或2所述的获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，其特征在于，所述强曝光帧数与成像积分级数之差为1，且所述强曝光帧数与所述弱曝光帧数相等。5.根据权利要求1或2所述的获取用于高动态范围成像的多曝光图像的方法，其特征在于，所述传感器为面阵CMOS传感器。6.一种获取用于高动态范围成像的多曝光图像的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲宏松，宋明珠，张贵祥，陶淑萍，吴勇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22