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基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

冯维 张福民 王惟婧 曲兴华

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

冯维, 张福民, 王惟婧, 曲兴华
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  • 在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.
      通信作者: 张福民, zhangfumin@tju.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51775379,51675380)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-01
  • 修回日期:  2017-06-05
  • 刊出日期:  2017-12-05

基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用

  • 1. 天津大学, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
  • 通信作者: 张福民, zhangfumin@tju.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51775379,51675380)资助的课题.

摘要: 在结构光三维扫描测量中,强反射表面因编码结构光照射后易产生局部镜面反射的特性,引起相机曝光饱和,淹没了所要检测的表面几何特征信息.为解决强反射表面的视觉成像难题,基于数字微镜器件(digital micromirror device,DMD)具有调制入射光线空间信息的特性,本文提出一种基于DMD的自适应高动态范围成像方法.设计与搭建了一套新型可编程的计算成像系统,建立其光学系统模型,并实现了DMD微镜与CMOS像素的匹配与映射;分析了基于逐像素编码曝光的高动态范围成像原理,并设计了基于DMD的光强编码控制算法,实现对入射光线强度的自适应精确调制,从而使进入成像系统中的入射光强始终处于相机的合适曝光强度内.实验表明:该方法突破了普通数字相机的动态范围限制,能够精确地控制被测强反射表面各个区域的入射光线强弱,并实现了对强反射表面的局部过曝光区域的清晰成像.该研究成果将为从根源上解决强反射表面因局部过曝光造成的三维点云缺失问题提供重要的解决方案.

English Abstract

参考文献 (22)

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