一种相机图像高动态范围的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量相机图像高动态范围的装置和方法，设置有光学暗室、宽动态光源，镜头和上位机，其中镜头安装于光学暗室的开口处，宽动态光源面向镜头安装于光学暗室内部，宽动态光源包括LED灯组和时序控制电路模块；待测科学相机的靶面与镜头连接，上位机与待测科学相机建立控制连接和数据连接；上位机启动待测科学相机并向宽动态光源中的时序控制电路模块发送测量开始指令，时序控制电路模块启动LED灯组并控制每个LED灯的发光时长，待测科学相机拍摄到图像后上传至上位机，上位机通过检测图像中LED光斑的数量，计算得到待测科学相机的动态范围。本发明专利技术通过分析待测科学相机对宽动态光源所拍摄的图像获取动态范围，有效提高动态比测量范围。提高动态比测量范围。提高动态比测量范围。

【技术实现步骤摘要】
一种相机图像高动态范围的测量装置及方法


[0001]本专利技术属于科学相机
，更为具体地讲，涉及一种相机图像高动态范围的测量装置及方法。

技术介绍

[0002]图像传感器或相机的“动态范围”用于表征相机测量系统分辨不同级别的光的能力，简单来说是指最高亮度与最低亮度之间的比值。当相机的“动态范围”越大那么获得图像的细节就越加清晰，例如当一台相机的动态范围较小时，在拍摄一幅光线充足的图像时会导致拍摄出来的图像过曝；在拍摄一幅光线不足的图像时会导致拍摄出来的图像昏暗，无论哪种情况下都会导致图像细节无法被观察清晰。
[0003]目前市面上有用于测试相机动态范围的测试卡，其采用多阶灰度色块，相机通过镜头对其进行成像，在入射光能量恒定的情况下，每个色块的灰度(即亮度)也是恒定的，相机成像对色块的分辨能力，即代表了其动态。由于技术限制，采用灰阶色块图像的动态范围测试卡，其能测试的动态范围一般不超过300:1；由于普通民用相机的动态一般都在100～200，这个指标对于普通摄影摄像而言是足够的。但对于应用于专业领域的科学相机来说，其动态范围极宽，可以高达2000至100000倍不等，因此普通的测试卡无法满足科学相机动态范围的测试和标定。动态范围也是科学相机的核心指标之一，表征该指标的方式和单位就有三种(动态比——x倍:1；动态——多少dB；动态位数——多少个bit)。在行业标准中，定量相机测试标准EMVA1288(详见EMVA1288中文版.pdf)提出了一种高图像动态的测试方法，但是该方法测量步骤多，光学环境要求苛刻，运算也较为复杂，对于非专业人士而言该方法实施起来复杂也难以理解，因此需要设计一种快速、简便测量相机图像高动态范围的装置或方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相机图像高动态范围的测量装置及方法，通过设计一种宽动态光源，配合时序控制，通过分析待测科学相机对宽动态光源所拍摄的图像获取动态范围，有效提高科学相机图像动态比的测量范围。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术测量相机图像高动态范围的装置包括光学暗室、宽动态光源，镜头和上位机，其中镜头安装于光学暗室的开口处，宽动态光源面向镜头安装于光学暗室内部；待测科学相机的靶面与镜头连接，上位机与待测科学相机建立控制连接和数据连接；
[0006]宽动态光源包含LED灯组和时序控制电路模块，其中LED灯组包含N个LED灯，时序控制电路模块用于在上位机的控制下控制N个LED灯发光，控制方式为：时序控制电路模块在接收到上位机的测量开始指令后，启动LED灯组并控制每个LED灯的发光时长，其中第n个LED灯的发光时长T
n
＝t
×2n
‑1，其中n＝1,2,
…
,N，t表示预设的发光时长基数；
[0007]上位机用于启动待测科学相机并设置其曝光时长，曝光时长的设置需要满足待测
科学相机所拍摄得到的图像中最亮光斑的灰度值为待测科学相机灰度值满度的90％以上；然后上位机向宽动态光源的时序控制电路模块发送测量开始指令，然后接收待测科学相机反馈的图像，检测得到图像中LED灯光斑的数量M，计算得到待测科学相机的动态比倍数为2
M
，然后计算得到待测科学相机的动态范围为20
×
log(2
M
)。
[0008]进一步地，光学暗室采用长方体结构。
[0009]进一步地，光学暗室的内壁采用黑色消光绒铺设。
[0010]进一步地，光学暗室中设置了与镜头垂直的导轨，宽动态光源面向镜头滑动固定在导轨上。
[0011]进一步地，宽动态光源包括前盖、LED灯组、时序控制电路模块和后盖，其中时序控制电路模块采用在基板上布置电路实现，LED灯组固定在时序控制电路模块的基板上，前盖和后盖从前后两个方向盖住时序控制电路模块，前盖上设置开孔以便使得LED灯组从前盖中伸出。
[0012]进一步地，LED灯组中N个LED灯采用螺旋状排列的方式。
[0013]进一步地，镜头采用四组高透过率镀膜定焦光学镜头。
[0014]进一步地，上位机采用如下的LED灯光斑检测算法进行LED光斑检测：
[0015]1)对待测科学相机拍摄的图像采用若干个拉伸倍数进行对比度拉伸，将对比度拉伸后的图像和原始图像一起构成图像集合，记其中第m幅图像为I
m
，其中m＝1,2,
…
,M，M表示图像集合中图像数量；
[0016]2)对于每幅图像I
m
分别采用小波变换进行图像去噪，得到图像
[0017]3)对于每幅图像中每个像素，判断其像素值是否大于预设的阈值T，如果是，则判定该像素为光斑边缘像素，否则不是光斑边缘像素；阈值T采用自适应阈值，其计算公式为：
[0018][0019]其中，C
ij
表示小波变换系数，i＝1,2,
…
,A，j＝1,2,
…
,B，A
×
B表示小波变换系数矩阵的大小，T0表示预设的阈值初始值，a0表示预设的系数；
[0020]4)对于每幅图像根据检测出的光斑边缘确定每个光斑，采用二阶矩方法计算每个光斑的大小，如果该光斑大小位于预设的光斑尺寸范围[S
min
,S
max
]内，则该光斑为有效光斑，保留该光斑数据，否则不为有效光斑，将该光斑数据删除；
[0021]5)将M幅图像所有保留光斑构成备选光斑集合，计算备选光斑集合中每个光斑的质心坐标，然后两两计算质心坐标之间的距离，如果两个光斑之间的质心坐标距离小于预设阈值，则判定属于同一光斑，仅保留其中一个光斑，否则不为同一光斑，不作任何操作；将最后保留的光斑集合作为光斑检测结果。
[0022]此外，本专利技术还提供了一种测量相机图像高动态范围的方法，包括以下步骤：
[0023]S1：设置一个光学暗室，在光学暗室的开口处设置镜头，在光学暗室内部面向镜头设置一个宽动态光源，宽动态光源包含LED灯组和时序控制电路模块，其中LED灯组包含N个LED灯，时序控制电路模块用于在上位机的控制下控制N个LED灯发光；将待测科学相机的靶
面与镜头连接，然后上位机与待测科学相机建立控制连接和数据连接；
[0024]S2：上位机启动待测科学相机并设置其曝光时长，曝光时长的设置需要满足待测科学相机所拍摄得到的图像中最亮光斑的灰度值为待测科学相机灰度值满度的90％以上；
[0025]S3：上位机向宽动态光源的时序控制电路模块发送测量开始指令，时序控制电路模块在接收到上位机的测量开始指令后，启动LED灯组并控制每个LED灯的发光时长，其中第n个LED灯的发光时长T
n
＝t
×2n
‑1，其中n＝1,2,
…
,N，t表示预设的发光时长基数；
[0026]S4：待测科学相机在曝光时长结束后得到一张图像并上传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量相机图像高动态范围的装置，其特征在于，包括光学暗室(1)、宽动态光源(2)，镜头(3)和上位机(4)，其中镜头(3)安装于光学暗室(1)的开口处，宽动态光源(2)面向镜头(3)安装于光学暗室(1)内部；待测科学相机的靶面与镜头(3)连接，上位机(4)与待测科学相机建立控制连接和数据连接；宽动态光源(2)包含LED灯组和时序控制电路模块，其中LED灯组包含N个LED灯，时序控制电路模块用于在上位机(4)的控制下控制N个LED灯发光，控制方式为：时序控制电路模块在接收到上位机(4)的测量开始指令后，启动LED灯组并控制每个LED灯的发光时长，其中第n个LED灯的发光时长T
n
＝t
×2n
‑1，其中n＝1,2,
…
,N，t表示预设的发光时长基数；上位机(4)用于启动待测科学相机并设置其曝光时长，曝光时长的设置需要满足待测科学相机所拍摄得到的图像中最亮光斑的灰度值为待测科学相机灰度值满度的90％以上；然后上位机(4)向宽动态光源(2)的时序控制电路模块发送测量开始指令，然后接收待测科学相机反馈的图像，检测得到图像中LED灯光斑的数量M，计算得到待测科学相机的动态比倍数为2
M
，然后计算得到待测科学相机的动态范围为20
×
log(2
M
)。2.根据权利要求1所述的测量相机图像高动态范围的装置，其特征在于，所述光学暗室(1)采用长方体结构。3.根据权利要求1所述的测量相机图像高动态范围的装置，其特征在于，所述光学暗室(1)的内壁采用黑色消光绒铺设。4.根据权利要求1所述的测量相机图像高动态范围的方法，其特征在于，所述光学暗室(1)中设置了与镜头(3)垂直的导轨(5)，宽动态光源(2)面向镜头(3)滑动固定在导轨(5)上。5.根据权利要求1所述的测量相机图像高动态范围的方法，其特征在于，所述宽动态光源(2)包括前盖(201)、LED灯组(202)、时序控制电路模块(203)和后盖(204)，其中时序控制电路模块(203)采用在基板上布置电路实现，LED灯组(202)固定在时序控制电路模块(203)的基板上，前盖(201)和后盖(204)从前后两个方向盖住时序控制电路模块(203)，前盖(201)上设置开孔以便使得LED灯组从前盖(201)中伸出。6.根据权利要求4所述的测量相机图像高动态范围的方法，其特征在于，所述LED灯组(202)中N个LED灯采用螺旋状排列的方式。7.根据权利要求1所述的测量相机图像高动态范围的装置，其特征在于，所述镜头(3)采用四组高透过率镀膜定焦光学镜头。8.根据权利要求1所述的测量相机图像高动态范围的方法，其特征在于，所述上位机(4)采用如下的LED灯光斑检测算法进行LED光斑检测：1)对待测科学相机拍摄的图像采用若干个拉伸倍数进行对比度拉伸，将对比度拉伸后的图像和原始图像一起构成图像集合，记其中第m幅图像为I
m
，其中m＝1,2,
…
,M，M表示图像集合中图像数量；2)对于每幅图像I
m
分别采用小波变换进行图像去噪，得到图像3)对于每幅图像中每个像素，判断其像素值是否大于预设的阈值T，如果是，则判定该像素为光斑边缘像素，否则不是光斑边缘像素；阈值T采用自适应阈值，其计算公式为：
其中，C
ij
表示小波变换系数，i＝1,2,
…
,A，j＝1,2,
…
,B，A
×
B表示小波变换系数矩阵的大小，T0表示预设的阈值初始值，a0表示预设的系数；4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌孝，
申请(专利权)人：重庆睿视兴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：