[发明专利]成像系统及成像方法

说明书

一种成像系统，包括形成闭环控制的成像单元、调节单元、控制单元，成像单元形成成像平面；控制单元用于根据成像单元接收的信号发出控制调节单元的光衰减值的控制信号；调节单元用于根据控制单元的控制信号，调整入射光束的强度；成像单元用于接收调整强度后的入射光束；调节单元包括可变光衰减器阵列和可变光衰减器阵列的驱动，通过控制驱动调节可变光衰减器阵列的电压，对调节单元的光衰减值进行控制，进而实现对入射光束的强度调节，并将调节强度后的光信号传递至成像单元；可变光衰减器阵列形成调节平面。本发明提出成像系统及成像方法能够提高图像传感器的动态范围，可以实现逐个像元高精度调节。

技术领域

本发明属于光电成像技术领域，具体涉及一种成像系统及成像方法。

背景技术

图像传感器的质量由多种因素决定，其中最直观的因素包括图像的亮度、噪声和动态范围等。动态范围是图像传感器的核心参数，用于表征图像传感器对强光和弱光同时分辨的能力，是衡量其成像能力的关键指标。图像传感器的动态范围越高，就可以同时探测更大光强范围内的场景信息，图像的细节也更丰富。图像传感器的动态范围与像元尺寸直接相关，受到加工工艺的限制。在像元尺寸固定的条件下提高动态范围是科学和工业界的研究热点，目前已发明出双光电二极管、高低电压增益切换、同一目标多次曝光、后期多帧图像合成等方式，但普遍存在操作复杂、后期处理繁琐等问题，尤其是上述方法均无法实现以像元为单位调节动态范围。

液晶空间光调制器又称为液晶光阀(Liquid Crystal Light Valve,LCLV)，是一种利用液晶的电光效应实现光场调制、可编程的器件，分为透射式和反射式两种。其在空间上是由若干液晶像素单元组成二维阵列，每个像素均可独立地接受外部信号的控制，并根据控制信号改变自身的光学性质，包括振幅、相位、频率等参数。液晶空间光调制器具有驱动电压低、分辨率高、结构简单、功耗小等优点，是目前使用最多的一种空间光调制器，主要的应用场景是高功率激光装置中和自适应光学领域。

目前，提高图像传感器动态范围的方式主要是从像元结构本身和控制处理策略两个方面入手，针对像元结构本身的方法普遍受限于加工工艺，难度大、成本高；高低电压增益切换、同一目标多次曝光、后期多帧图像合成等从控制处理策略入手的方法则普遍存在操作复杂、后期处理繁琐以及只能逐帧调整、无法逐个像元调节等问题。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，本发明提供一种成像系统及成像方法。

一种成像系统，包括成像单元、调节单元、控制单元，其中，所述成像单元为图像传感器，用于接收入射光束光强度的信号，所述控制单元根据所述成像单元接收的所述信号控制所述调节单元的光衰减值；所述成像单元形成成像平面；所述调节单元包括可变光衰减器阵列和驱动，通过控制所述驱动调节所述可变光衰减器阵列的电压，对所述调节单元的光衰减值进行控制，进而实现对所述入射光束光强度的调节，并将调节后光强度的信号传递至所述成像单元；所述可变光衰减器阵列形成调节平面；所述成像平面与所述调节平面平行；所述控制单元分别与所述成像单元、所述调节单元相连接，用于所述成像单元和所述调节单元之间的信号控制和传输；所述控制单元、所述成像单元和所述调节单元构成光衰减控制的闭环控制系统。

进一步地，所述可变光衰减器阵列为液晶空间光调制器。

进一步地，所述液晶空间光调制器为透射式。

进一步地，所述成像单元为像元阵列，所述像元阵列中每个像元的位置与所述液晶空间光调制器中每个像素的位置一一对应。

进一步地，所述成像单元为InGaAs探测器、Pbs探测器、CCD探测器、CMOS探测器或光电倍增管中的任意一种。

进一步地，所述控制单元为FPGA芯片或MCU芯片。

一种成像方法，包括以下步骤：

S1、所述成像单元将接收到的入射光束的光强度信号转换为图像灰度值数据，并传递至所述控制单元。