DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

陈怀章; 王延杰; 孙宏海; 陈春宁; 樊博

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DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

陈怀章, 王延杰, 孙宏海, 陈春宁, 樊博

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陈怀章, 王延杰, 孙宏海, 陈春宁, 樊博. DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3402-3409.

引用本文:

陈怀章, 王延杰, 孙宏海, 陈春宁, 樊博. DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3402-3409.

Chen Huaizhang, Wang Yanjie, Sun Honghai, Chen Chunning, Fan Bo. High dynamic range imaging detection based on DMD and image sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(12): 3402-3409.

Citation:

Chen Huaizhang, Wang Yanjie, Sun Honghai, Chen Chunning, Fan Bo. High dynamic range imaging detection based on DMD and image sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(12): 3402-3409.

DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

陈怀章^1,2,
王延杰^1,3,
孙宏海^1,3,
陈春宁^1,3,
樊博^1,2

1.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;
2.
中国科学院大学,北京 100049;
3.
中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春 130033

基金项目:

国家863计划基金（2012AA7031010B）

详细信息

作者简介:
陈怀章（1988-），男，硕士生，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：294403707@qq.com；王延杰（1963-），男，研究员，博士生导师，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：wyjciomp@gmail.com

陈怀章（1988-），男，硕士生，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：294403707@qq.com；王延杰（1963-），男，研究员，博士生导师，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：wyjciomp@gmail.com

中图分类号: TN27

High dynamic range imaging detection based on DMD and image sensor

1.
Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;
3.
Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Changchun 130033,China

摘要: 微镜阵列DMD空间光调制器结合图像传感器能够解决高动态场景中强弱目标同时探测的问题，获得高动态图像数据，能使光电成像设备动态范围扩展到130 dB以上。为了实现快速的像素级光强控制以及获得高质量的实际场景高动态图像数据，根据实际场景成像其非边缘区域的相邻像素值变化缓慢的特点，提出了一种适合DMD驱动方式的像素级调光算法-自适应空间区域法，它具有较快的收敛速度，最坏的情况下，经过N/I次即可完成调光权值的搜索；在以FPGA为驱动核心的高动态场景成像探测实验系统平台上，对DMD的驱动时序进行了分析研究。并通过此实验平台验证了自适应空间区域法的有效性，该方法能够实现对高动态场景中强弱目标的同时探测，具有很好的光强控制质量，对场景光强局部变化的适应性较强。
- DMD /
- 高动态场景 /
- 光强 /
- 调光 /
- 探测
Abstract: Digital micromirror device(DMD) which is a spatial light modulator, combined with the image sensor, is able to capture the high dynamic range image data and solve the problem of bright and dark target detection. It can extend the optoelectric imaging device's dynamic range to 130 dB or more theoretically. In order to implement the light intensity control at pixel level fast and get the high dynamic image data of the real scene in high quality, a pixel level dimming algorithm, named adaptive spatial area method was proposed. This method based on the slowly change of adjacent pixels in non-edge region, was fast convergence and suitable for driving the DMD. The diming coefficient could be found after N/I times in the worst case. Then a platform, which was controlled by FPGA, was described in the paper, and the timing analysis of the DMD driver was given below. At last, the method was tested on the platform. The results show that the adaptive spatial area method is strong enough to complete the bright and dark target detection in high dynamic range scene. It has high quality in light intensity control and strong adaptability in scenes that have light intensity change of parts.
- DMD /
- high dynamic range /
- light intensity /
- dimming /
- detecting

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DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;

2. 中国科学院大学,北京 100049;

3. 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春 130033

作者简介:
陈怀章（1988-），男，硕士生，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：294403707@qq.com；王延杰（1963-），男，研究员，博士生导师，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：wyjciomp@gmail.com

陈怀章（1988-），男，硕士生，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：294403707@qq.com；王延杰（1963-），男，研究员，博士生导师，主要从事实时图像处理方面的研究。Email：wyjciomp@gmail.com

收稿日期: 2013-04-12
修回日期: 2013-05-14
刊出日期: 2013-12-25

基金项目:

国家863计划基金（2012AA7031010B）

中图分类号: TN27

关键词:

DMD /
高动态场景 /
光强 /
调光 /
探测

摘要: 微镜阵列DMD空间光调制器结合图像传感器能够解决高动态场景中强弱目标同时探测的问题，获得高动态图像数据，能使光电成像设备动态范围扩展到130 dB以上。为了实现快速的像素级光强控制以及获得高质量的实际场景高动态图像数据，根据实际场景成像其非边缘区域的相邻像素值变化缓慢的特点，提出了一种适合DMD驱动方式的像素级调光算法-自适应空间区域法，它具有较快的收敛速度，最坏的情况下，经过N/I次即可完成调光权值的搜索；在以FPGA为驱动核心的高动态场景成像探测实验系统平台上，对DMD的驱动时序进行了分析研究。并通过此实验平台验证了自适应空间区域法的有效性，该方法能够实现对高动态场景中强弱目标的同时探测，具有很好的光强控制质量，对场景光强局部变化的适应性较强。

English Abstract

High dynamic range imaging detection based on DMD and image sensor

1. Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;

3. Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Changchun 130033,China

Received Date: 2013-04-12
Rev Recd Date: 2013-05-14
Publish Date: 2013-12-25

Keywords:

Abstract: Digital micromirror device(DMD) which is a spatial light modulator, combined with the image sensor, is able to capture the high dynamic range image data and solve the problem of bright and dark target detection. It can extend the optoelectric imaging device's dynamic range to 130 dB or more theoretically. In order to implement the light intensity control at pixel level fast and get the high dynamic image data of the real scene in high quality, a pixel level dimming algorithm, named adaptive spatial area method was proposed. This method based on the slowly change of adjacent pixels in non-edge region, was fast convergence and suitable for driving the DMD. The diming coefficient could be found after N/I times in the worst case. Then a platform, which was controlled by FPGA, was described in the paper, and the timing analysis of the DMD driver was given below. At last, the method was tested on the platform. The results show that the adaptive spatial area method is strong enough to complete the bright and dark target detection in high dynamic range scene. It has high quality in light intensity control and strong adaptability in scenes that have light intensity change of parts.

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DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

High dynamic range imaging detection based on DMD and image sensor

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出版历程

DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033; 2. 中国科学院大学,北京 100049; 3. 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林 长春 130033

English Abstract

High dynamic range imaging detection based on DMD and image sensor

1. Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China; 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China; 3. Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Changchun 130033,China

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1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;

2. 中国科学院大学,北京 100049;

3. 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室,吉林长春 130033

1. Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;

3. Key Laboratory of Airborne Optical Imaging and Measurement,Changchun 130033,China