曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪制造技术

本实用新型专利技术的曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪，属于图像信息获取和处理领域。其结构为：３个ＣＣＤ构成仿复眼的曲面结构，再分别连接到３个可编程视频信号处理芯片的模拟信号输入端；可编程视频信号处理芯片的状态信息输出到复杂可编程逻辑电路（ＣＬＰＣ）中作为控制信号，而数据信号则经过上述３个电可擦存储芯片分别输入到３个第一类ＤＳＰ数字信号处理芯中，３个第一类ＤＳＰ数字信号处理芯片的控制信号输入到１个第二类ＤＳＰ数字信号处理芯片做为片选信号和使能信号。该成像仪具有随光照条件改变自动调节融合模式的成像功能，它不仅可以在正常光照条件下获取高对比度的图像，还可以在较弱光照条件下获取高亮度敏感性的图像。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪及方法，属于图像信息 获取和处理领域。二
技术介绍
在视频场景监视、工业生产监控等应用中，通常不仅需要图像传感器具有较高的 空间分辨率，还需要图像传感器能够在夜晚或光线较暗的情况下获取到高质量的图像信 息。普通的图像传感器都依赖于外界光照条件，而夜晚或其他特殊天气状况下自然光源亮 度的降低势必影响到成像效果。虽然通常在夜间采用外加人造光源作为图像传感器的辅助 光源，但是这种光源的亮度范围有限，而且光源的安放位置也会直接影响到传感器的成像 效果，导致图像光照不均勻等特点，为后续处理增加了难度。因此如何使得成像仪能够具有 随亮度自适应的调节成像机制成为在不同亮度条件下获得高质量图像的关键所在。目前在硬件上针对低照度环境下成像的图像传感器层出不穷，这类传感器基本上 是通过改进CCD元件的灵敏度来提高成像效果。国内的低照度图像传感器成像仪的发展主 要分三个阶段彩色/黑白切换式的，低速快门式的和超感度式的。这三种相机虽然在一定 程度上解决了低光照条件下的成像问题，但是存在两大缺点一个缺点是造价昂贵，性能较 好的低照度相机通常采用红外镜头感应暗光下的目标物，但这将大大增加相机的造价，另 外一个缺点是功能较为固定，缺乏灵活性，即这类图像传感器的低照度指标是受到CCD性 能限定的，不具有随照度自适应调节的能力。采用红外镜头低照度图像传感器在正常光照 条件下由于自然光中的红外成份而影响图像的清晰度；因此低照度成像仪在应用范围上都 存在一定局限性。在软件上，针对提高低照度图像对比度的算法主要有传统的全局增强算法和局部 增强方法。全局增强算法主要有直方图均衡化和对比度增强算法等。直方图均衡方法是间 接增加对比度的方法，该方法简单，效果明显，但是存在增强后图像出现细节消失等缺点。 对比度增强方法是直接拉伸像素之间的距离从而加大对比度，对于图像不同的区域，局部 细节不能自适应增强的功能。同时在处理过程中不分噪声与细节信息，在增强图像灰度级 差异的同时使得噪声也得到增强。除此以外全局增强算法不适合夜晚光照不均勻和对比度 变换幅度较大的情况。局部梯度域模型的方法是一种局部提高对比度的方法，这类方法有 效的压缩了光照不均图像的动态范围同时增加了暗处的对比度，但是对亮度较高的细节部 分增强效果不明显，同时这类方法较全局算法计算量较大，计算复杂度高。三、
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统低照度成像仪的光照条件局限性、造价高昂难以推广 等缺点，模仿复眼随外界环境光照亮度改变而调节神经融合方式的过程，以神经重叠型复 眼的弹药筒融合机理为基础，采用仿复眼曲面结构的多电荷耦合器件组配合DSP+FPGA芯 片构建了一种造价低廉、可全天监测的自适应调节式的昼夜连续监视成像仪及方法。2、一种曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪，其特征在于包括3个相同的CXD摄像头，3个用于亮度分量和两个色差分量分离的第一类DSP 数字信号处理芯片、1个用于完成多帧图像融合的第二类DSP数字信号处理芯片、3个用于 模数转换和制式转换的可编程视频信号处理芯片、3个电可擦存储芯片；上述3个CXD紧密连接在一起，依附在一个半径为r的曲面上，相邻两个小眼光轴 之间的夹角为θ ^art sin(D/r)构成仿复眼的曲面结构，其中r为复眼的眼半径，D为小 眼直径；上述3个CXD摄像头分别通过USB接口连接到上述3个可编程视频信号处理芯片 的模拟信号输入端进行预处理；可编程视频信号处理芯片的状态信息输出入到复杂可编程 逻辑电路(CLPC)中作为控制信号，而数据信号则经过上述3个电可擦存储芯片分别输入到 上述3个第一类DSP数字信号处理芯中，3个第一类DSP数字信号处理芯片的控制信号输入 到1个第二类DSP数字信号处理芯片做为片选信号和使能信号。2、利用权利要求1所述曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪实现的 自适应成像方法，其特征在于包括以下步骤(1)、利用三个C⑶摄像头模拟复眼中的小眼分别独立成像，获得三幅小眼图像；(2)、利用可编程视频信号处理芯片分别对三副小眼图像经过进行模数转换和制 式的转换；(3)、分别利用三个第一类DSP数字信号处理芯片对三幅小眼图像进行亮度分量 和两个色差分量的分离；(4)、根据视觉处理中只对亮度分量处理的特点，提取三副小眼图像的Y分量，连 同分离后未做任何处理的色差分量，共同输入到第二类DSP数字信号处理芯片上进行受生 物复眼弹药筒启发的多帧图像融合处理，具体融合算法如下步骤1 设11、12和13分别代表三副小眼图像，提取三幅小眼图像的亮度分量；以 任意一副小眼图像Il作为参考图像，将12和13配准到到参考图像Il上；步骤2 计算弹药筒内感受器的的平均值，即针对空间中同一个位置上多个C⑶采 样值的平均；同时计算围绕空间中一个点的局部领域内像素的均值；步骤3 根据弹药筒内感受器均值和弹药筒均值的比较，选择合适的融合机制，当 一个弹药筒周围的亮度均值高于弹药筒内部光感受器的平均值时，那么说明外界的亮度较 低，需要将三个光感受器获得的信息通过感受器细胞壁进行叠加加强，提高对光亮度的敏 感性；反之说明该外界光照亮度较高，那么需要将弹药筒所在领域的对比度提高获得增强 的图像；假设CXDl获得的小眼图像Il作为参考图像；Ik(I)表示第k幅图像按照列向量形 式排列后第1个像素的亮度；Fm_(l)，Lfflean(I)分别是第1个弹药筒内光感受器亮度的平均 和参考图像I1上以第1个弹药筒为中心的3X3个弹药筒的平均亮度；由于只有三只小眼， 因此每个弹药筒内的光感受器的个数为3 ^- (0=(0) ； Lmean(I) = mean (Lik))；⑴K=/-3 J+3公式中的当Fm_⑴> Lnrean(I)时说明外界的光照强度较高，采用第一种融合方 式，否则采用第二种融合方式；在融合之前将图像按列向量的形式排列；(1)、分流增强是在正常光照条件下对相同场景位置上差异信息的融合处理；第1个弹药筒的第k个光感受器接受的刺激为Ik(l)，k个感受器中刺激最强烈的是 / (/) = max(/t(/))，刺激最弱的是/-(/) = _(/,(0)，平均亮度= mean{Ik{l))；由于是较强的光照条件所以Fm_(l) > Lfflean(I)，因此第1个弹药筒的细胞外空间Vecs(I)将收到较强光感受 器的输入，而减去流向较弱刺激的光感受器的电流；第1个弹药筒细胞外空间感应产生的 电压为V_(l)rririr)rnΣ (WCMiOT) X (ImOhIminU))L0022」=+ q W-产⑴)(2)其中al，是参数，Lfflean(I)为以第1个弹药筒为中心的参考图像上的3X3个弹药 筒的亮度均值；这里采用指数函数为了说明亮度较高时释放的递质成指数增加，而当感受 器刺激较小时，释放的递质就会接近于0，甚至会有逆向电流产生；(2)、叠加环路是光照强度不高的情况下，当感受器接收到的亮度信息的平均值低 于相邻弹药筒的均值时，说明外界亮度较低即Fm_(l) < Lm_(l)，则开启叠加环路融合模 式；这里采用与相邻弹药筒的电压Lnrean(I)与第1个弹药筒内部接受到得亮度值Ik本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪，其特征在于：　　包括３个相同的ＣＣＤ摄像头，３个用于亮度分量和两个色差分量分离的第一类ＤＳＰ数字信号处理芯片、１个用于完成多帧图像融合的第二类ＤＳＰ数字信号处理芯片、３个用于模数转换和制式转换的可编程视频信号处理芯片、３个电可擦存储芯片；　　上述３个ＣＣＤ紧密连接在一起，依附在一个半径为ｒ的曲面上，相邻两个小眼光轴之间的夹角为θ≈ａｒｔｓｉｎ（Ｄ／ｒ）构成仿复眼的曲面结构，其中ｒ为复眼的眼半径，Ｄ为小眼直径；　　上述３个ＣＣＤ摄像头分别通过ＵＳＢ接口连接到上述３个可编程视频信号处理芯片的模拟信号输入端进行预处理；可编程视频信号处理芯片的状态信息输出入到复杂可编程逻辑电路（ＣＬＰＣ）中作为控制信号，而数据信号则经过上述３个电可擦存储芯片分别输入到上述３个第一类ＤＳＰ数字信号处理芯中，３个第一类ＤＳＰ数字信号处理芯片的控制信号输入到１个第二类ＤＳＰ数字信号处理芯片做为片选信号和使能信号。

【技术特征摘要】
一种曲面光学结构的多电荷耦合器件组自适应成像仪，其特征在于包括3个相同的CCD摄像头，3个用于亮度分量和两个色差分量分离的第一类DSP数字信号处理芯片、1个用于完成多帧图像融合的第二类DSP数字信号处理芯片、3个用于模数转换和制式转换的可编程视频信号处理芯片、3个电可擦存储芯片；上述3个CCD紧密连接在一起，依附在一个半径为r的曲面上，相邻两个小眼光轴之间的夹角为θ≈artsin(D/r)构成仿复眼的曲面结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梦溪，黄陈蓉，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：实用新型
国别省市：84[]