一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法

摘要

本发明公开了一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD、电荷耦合元件CCD、第一透镜组、第二透镜组；映射匹配首先控制数字微镜器件DMD生成横向正弦条纹和纵向正弦条纹，然后计算数字微镜器件DMD的横向相位分布纵向相位分布最后确定电荷耦合元件CCD的像素坐标(i，j)与数字微镜器件DMD镜元坐标(vd(i，j)，ud(i，j))之间的映射关系。本发明不需要将数字微镜器件DMD和电荷耦合元件CCD在空间上调整对齐，避免了繁琐的调整过程，使整个建立映射关系的过程更加简单、方便；采用相位计算方式建立映射关系，可以对所有的电荷耦合器件CCD像素坐标直接计算出对应的数字微镜器件DMD镜元坐标，映射关系更加准确。

权利要求

1.一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，其特征在于，包括能够对图像连读进行像素级调节的数字微镜相机，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD、电荷耦合元件CCD、第一透镜组、第二透镜组；所述第一透镜组为定倍成像物镜，将被测物表面完整地成像在所述数字微镜器件DMD上；所述数字微镜器件DMD由多个独立寻址控制的镜元组成，对入射光的光强进行精确调制；所述第二透镜组为变倍透镜，将数字微镜器件DMD上的图像完整地成像在电荷耦合元件CCD上；所述数字微镜器件DMD、第二透镜组、电荷耦合元件CCD三者光轴重合；

建立所述数字微镜器件DMD镜元坐标与电荷耦合元件CCD像素坐标之间的对应关系，进行映射匹配，具体包括如下步骤：步骤一，控制数字微镜器件DMD依次生成一组横向正弦条纹和一组纵向正弦条纹，电荷耦合元件CCD同时采集横向条纹图像和纵向条纹图像；

步骤二，计算数字微镜器件DMD的横向相位分布 、纵向相位分布 ，数字微镜器件DMD横向相位分布 通过下式（1）计算，数字微镜器件DMD的纵向相位分布 通过下式（2）计算：             （1）

             （2）

上式（1）、式（2）中，N是总的相移步数， 是第n步相移时的横向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的横向条纹的图像得到； 是第n步相移时的纵向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的纵向条纹的图像得到； 是电荷耦合元件CCD的像素坐标；

步骤三，确定电荷耦合元件CCD的像素坐标 与数字微镜器件DMD镜元坐标之间的映射关系，其中 由下式（3）确定， 由下式（4）确定：

                   （3）

                   （4）

上式（3）、式（4）中， 是横向正弦条纹的周期宽度， 是纵向正弦条纹的周期宽度。

说明书

一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高动态相机应用领域，尤其涉及一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法。

背景技术

[0002] 数字微镜相机主要由数字微镜器件DMD和CCD相机组成。其中，数字微镜器件DMD是一种空间光学调制器，可以对到达像面的光能进行像素级别的精确衰减。经过衰减调节之后，观测场景中的高亮目标与暗目标可以同时在CCD相机中成像。与普通CCD相机或CMOS相机相比，数字微镜相机具有更高的动态范围，可以满足高动态范围场景的观察需求，在高动态成像，光谱分析和扫描测量等众多领域有着广泛的应用。

[0003] 为了实现数字微镜相机的像素级亮度调节功能，关键是建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间精确映射匹配关系。在传统的建立映射关系方法中，首先需要采用手动调节的方式将数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素在空间上调整对齐。然后设置数字微镜器件DMD，使其平面上呈现棋盘格图案，由电荷耦合元件CCD对棋盘格图案成像，采用角点检测的方法可以在角点位置处建立数字微镜器件DMD镜元坐标与电荷耦合元件CCD像素坐标之间的映射关系。

[0004] 可以看出，传统的建立映射关系方法具有以下缺点：1)需要将数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素在空间上调整对齐，调节过程繁琐，操作困难；2)该方法只能在角点位置建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间映射关系，由于棋盘格图案中角点之间具有一定的距离，该方法只能建立少量的DMD镜元与CCD像素之间映射关系，其余位置的映射关系需要通过拟合的方法确定，不够准确。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，可以方便、快速、准确地建立数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素之间的映射关系。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，包括能够对图像连读进行像素级调节的数字微镜相机，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD、电荷耦合元件CCD、第一透镜组、第二透镜组；所述第一透镜组为定倍成像物镜，将被测物表面完整地成像在所述数字微镜器件DMD上；所述数字微镜器件DMD由多个独立寻址控制的镜元组成，对入射光的光强进行精确调制；所述第二透镜组为变倍透镜，将数字微镜器件DMD上的图像完整地成像在电荷耦合元件CCD上；所述数字微镜器件DMD、第二透镜组、电荷耦合元件CCD三者光轴重合；

[0007] 建立所述数字微镜器件DMD镜元坐标与电荷耦合元件CCD像素坐标之间的对应关系，进行映射匹配，具体包括如下步骤：

[0008] 步骤一，控制数字微镜器件DMD依次生成一组横向正弦条纹和一组纵向正弦条纹，电荷耦合元件CCD同时采集横向条纹图像和纵向条纹图像；

[0009] 步骤二，计算数字微镜器件DMD的横向相位分布 纵向相位分布 数字微镜器件DMD横向相位分布 通过下式(1)计算，数字微镜器件DMD的纵向相位分布 通过下式(2)计算：

[0010]

[0011]

[0012] 上式(1)、式(2)中，N是总的相移步数，IHn(i,j)是第n步相移时的横向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的横向条纹的图像得到；IVn(i,j)是第n步相移时的纵向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD采集到的纵向条纹的图像得到；(i,j)是电荷耦合元件CCD的像素坐标；

[0013] 步骤三，确定电荷耦合元件CCD的像素坐标(i,j)与数字微镜器件DMD镜元坐标(vd(i,j),ud(i,j))之间的映射关系，其中vd(i,j)由下式(3)确定，ud(i,j)由下式(4)确定：

[0014]

[0015]

[0016] 上式(3)、式(4)中，TH是横向正弦条纹的周期宽度，TV是纵向正弦条纹的周期宽度。

[0017] 本发明的有益效果是：

[0018] 1)本发明在建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间映射关系时，不需要将数字微镜器件DMD镜元和电荷耦合元件CCD像素在空间上调整对齐，避免了繁琐的调整过程，使整个建立映射关系的过程更加简单、方便；

[0019] 2)本发明采用相位计算方式建立数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合器件CCD像素之间映射关系，可以对所有的电荷耦合器件CCD像素坐标直接计算出对应的数字微镜器件DMD镜元坐标。由于省去了拟合、插值等计算过程，采用本发明建立的映射关系更加准确。

附图说明

[0020] 图1为数字微镜相机结构示意图；

[0021] 图2为数字微镜器件DMD生成的横向条纹图案；

[0022] 图3为数字微镜器件DMD生成的纵向条纹图案；

[0023] 图4为横向相位分布图；

[0024] 图5为纵向相位分布图；

[0025] 图6为数字微镜器件DMD镜元与电荷耦合元件CCD像素映射示意图。

具体实施方式

[0026] 下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0027] 一种基于相位的数字微镜相机坐标精确映射方法，包括能够对图像连读进行像素级调节的数字微镜相机，如图1所示，数字微镜相机包括数字微镜器件DMD1、电荷耦合元件CCD4、第一透镜组2、第二透镜组3；所述第一透镜组2为定倍成像物镜，将被测物表面完整地成像在所述数字微镜器件DMD1上；所述数字微镜器件DMD1由多个独立寻址控制的镜元组成，对入射光的光强进行精确调制；所述第二透镜组3为变倍透镜，将数字微镜器件DMD1上的图像完整地成像在电荷耦合元件CCD4上；所述数字微镜器件DMD1、第二透镜组3、电荷耦合元件CCD4三者光轴重合。

[0028] 建立所述数字微镜器件DMD1镜元坐标与电荷耦合元件CCD4像素坐标之间的对应关系，进行映射匹配，具体包括如下步骤：

[0029] 步骤一，如图2、3所示，控制数字微镜器件DMD1依次生成一组横向正弦条纹和一组纵向正弦条纹，电荷耦合元件CCD4同时采集横向条纹图像和纵向条纹图像；

[0030] 步骤二，计算如图4、图5的数字微镜器件DMD1的横向相位分布 纵向相位分布数字微镜器件DMD1横向相位分布 通过下式(1)计算，数字微镜器件DMD1的纵向相位分布通过下式(2)计算：

[0031]

[0032]

[0033] 上式(1)、式(2)中，N是总的相移步数，IHn(i,j)是第n步相移时的横向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD4采集到的横向条纹的图像得到；IVn(i,j)是第n步相移时的纵向条纹的亮度分布，通过测量电荷耦合元件CCD4采集到的纵向条纹的图像得到；(i,j)是电荷耦合元件CCD的像素坐标；

[0034] 步骤三，确定电荷耦合元件CCD的像素坐标(i,j)与数字微镜器件DMD镜元坐标(vd(i,j),ud(i,i))之间的映射关系，如图6所示，其中vd(i,j)由下式(3)确定，ud(i,j)由下式(4)确定：

[0035]

[0036]

[0037] 上式(3)、式(4)中，TH是横向正弦条纹的周期宽度，TV是纵向正弦条纹的周期宽度。

[0038] 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。