專利名稱：使黑白ccd實現(xiàn)彩色功能的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用三色發(fā)光二極管使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法和裝置。
三管CCD彩色分光系統(tǒng)是采用分光棱鏡將成像光束分為紅、綠、蘭三束光(見

圖1)，并將它們分別成像在三個黑白CCD上，每一個CCD各將一種色彩的光強度信息記錄在存儲器上，再通過軟件合成、處理，從而完成彩色景物的攝像或攝影，這種系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、工藝性差、成本高。
彩色CCD系統(tǒng)是在CCD的每一個象素晶片上加上不同的濾色器排列成棋盤式(見圖2)。由于彩色CCD制造工藝的特殊性，無法做到用三基色分色和還原。
本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法包括以下步驟(1)用不同的顏色光源照射被觀察目標來代替不同顏色的濾色片來分離和單獨獲取被觀察目標的顏色信息；(2)將單獨獲取的被觀察目標的顏色信息形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
所述的方法具體包括以下步驟
(1)三色發(fā)光二極管作為照明光源，輪換發(fā)射紅、綠、藍三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上。
(2)CCD或CMOS接收的第一個周期的信息記錄為紅色圖、CCD或CMOS接收的第二個周期的信息記錄為綠色圖、CCD或CMOS接收的第三個周期的信息記錄為藍色圖。
(3)三次記錄的單色圖形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
上述步驟1中的三色發(fā)光二極管受電子閥門控制進行頻閃，頻閃依次為紅、綠、藍、紅、綠、藍…三種單色光，頻率為1/75，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上，同一顏色的閃動頻率為1/25秒，即閃動隔二次為一顏色周期。
所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實現(xiàn)同步。
上述步驟1中由手動控制三色二極管發(fā)光。
上述方法中使用的裝置包括在光路上依次設(shè)置的三色發(fā)光二極管、均勻照明系統(tǒng)、成像物鏡、CCD接口物鏡和圖像傳感器，其中三色發(fā)光二極管經(jīng)發(fā)光控制裝置控制，輪換發(fā)射紅、綠、藍三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)照射在被觀察物體上，被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡成像后，由CCD接口物鏡成像到圖像傳感器上，再傳輸至圖像處理裝置，由其中的專業(yè)軟件將代表3個基色的黑白圖像，處理為彩色圖像。
所述的發(fā)光控制裝置包括接收頻閃頻率和周期信息的電子閥門，通過接收信息從而控制三色發(fā)光二極管發(fā)光。
所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實現(xiàn)同步。
所述的均勻照明系統(tǒng)可以依次由集光透鏡組、復(fù)眼透鏡組和聚光鏡組組成，三色發(fā)光二極管與組成復(fù)眼透鏡組的各個透鏡的軸心平行。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果1、從上述分析我們得知彩色CCD系統(tǒng)是由4個象素組成一個象元。因此它的真實分辨率降低了4倍。三色發(fā)光二極管與黑白CCD是一個象素代表一個象元。因此，同樣的象素它比前者高4倍。例如它是200萬象素就相當于彩色CCD系統(tǒng)的800萬象素質(zhì)量。因此有極大的經(jīng)濟價值。
2、黑白CCD不用在CCD的每一個象素晶片上加不同的濾色器，比彩色CCD制工藝性好價格低。
3、彩色CCD系統(tǒng)會產(chǎn)生偽彩色，比如說一個極小的白點落在紅象素晶片上它會成為一個紅點，這就是產(chǎn)生偽彩色的原因。因此有的彩色CCD系統(tǒng)加入用二片石英鏡片組成的低通片。使用低通片會造成成像清晰度的降低。用三色發(fā)光二極管結(jié)合黑白CCD所構(gòu)成的系統(tǒng)就不存在偽彩色的現(xiàn)象，成像質(zhì)量有保證，又降低成本。
如圖3所示，本發(fā)明采用三色發(fā)光二極管1作為照明光源，通過電子閥門7使具有發(fā)射紅、綠、藍三種單色光功能的三色發(fā)光二極管1輪換發(fā)射紅、綠、藍三種單色光，通過由復(fù)眼透鏡和聚光鏡系統(tǒng)組成的復(fù)眼結(jié)構(gòu)的均勻照明系統(tǒng)2，均勻地照射在被觀察的物體3上。被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡4成像后，由CCD接口物鏡5成像到黑白CCD或者CMOS接收面圖像傳感器6上，通過前述的圖像傳感器6本身、或者外圍電路處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像信號，傳輸至圖像處理裝置8獲得代表3個基色的黑白圖像，進行形合，處理成為彩色圖像。該圖像處理裝置8可以是計算機內(nèi)的專業(yè)圖像處理軟件(已有技術(shù))。這期間，三色發(fā)光二極管1的電子閥門7和圖像傳感器6所連接的計算機連接在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)電子閥門7的顏色發(fā)射和計算機中專業(yè)圖像處理軟件的顏色跟蹤處理同步。
如圖4所示，上述的均勻照明系統(tǒng)2依次包括集光透鏡組21、復(fù)眼透鏡組23和聚光鏡組25，三色發(fā)光二極管1與附屬的集光和聚光透鏡組的光軸心重合或平行，該軸心與組成復(fù)眼透鏡組23的各個透鏡的軸心平行，復(fù)眼透鏡組23前設(shè)置的可變光闌22和聚光鏡組25前設(shè)置的可變光闌24可以控制照明光束的孔徑角，便于對相應(yīng)的物鏡的孔徑角進行匹配。
獲取彩色圖形有動態(tài)和靜態(tài)兩種方式。
所述的動態(tài)方式通過計算機8控制電子閥門7使三色發(fā)光二極管1進行頻閃，頻率為1/75秒(注三色發(fā)光二極管頻率響應(yīng)可達1000Hz)。頻閃依次為紅、綠、藍、紅、綠、藍…。同一顏色的閃動頻率為1/25秒，即閃動隔二次為一顏色周期。CCD或CMOS接收的第一個周期的信息記錄為紅色圖、CCD或CMOS接收的第二個周期的信息記錄為綠色圖、CCD或CMOS接收的第三個周期的信息記錄為蘭色圖。三次記錄的單色圖形合，通過計算機8處理便獲得所需彩色圖形。這樣的頻率，人眼感覺不出有什么變化。
所述的靜態(tài)方式人工控制開紅燈，CCD或CMOS接收的信息記錄為紅色圖；開綠燈，CCD或CMOS接收的信息記錄為綠色圖；開蘭燈，CCD或CMOS接收的信息記錄為蘭色圖，同樣三次記錄的單色圖形合，處理后便獲得所需要的彩色圖形。
權(quán)利要求
1.一種使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于包括以下步驟(1)用不同的顏色光源照射被觀察目標來代替不同顏色的濾色片來分離和單獨獲取被觀察目標的顏色信息；(2)將單獨獲取的被觀察目標的顏色信息形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于(1)三色發(fā)光二極管作為照明光源，輪換發(fā)射紅、綠、藍三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上。(2)CCD或CMOS接收的第一個周期的信息記錄為紅色圖、CCD或CMOS接收的第二個周期的信息記錄為綠色圖、CCD或CMOS接收的第三個周期的信息記錄為藍色圖。(3)三次記錄的單色圖形合，通過專業(yè)軟件處理便獲得所需的彩色圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于上述步驟1中的三色發(fā)光二極管受電子閥門控制進行頻閃，頻閃依次為紅、綠、藍、紅、綠、藍…三種單色光，頻率為1/75，通過均勻照明系統(tǒng)，均勻地照射在被觀察的物體上，同一顏色的閃動頻率為1/25秒，即閃動隔二次為一顏色周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實現(xiàn)同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法，其特征在于上述步驟1中由手動控制三色二極管發(fā)光。
6.使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于在光路上依次設(shè)置三色發(fā)光二極管、均勻照明系統(tǒng)、成像物鏡、CCD接口物鏡和圖像傳感器，其中三色發(fā)光二極管經(jīng)發(fā)光控制裝置控制，輪換發(fā)射紅、綠、藍三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)照射在被觀察物體上，被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡成像后，由CCD接口物鏡成像到黑白CCD或者CMOS接收面圖像傳感器上，再傳輸至圖像處理裝置，由其中的專業(yè)軟件將代表3個基色的黑白圖像形合，處理為彩色圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于所述的發(fā)光控制裝置包括接收頻閃頻率和周期信息的電子閥門，通過接收信息從而控制三色發(fā)光二極管發(fā)光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于所述的電子閥門的發(fā)射頻率和周期與專業(yè)軟件的顏色跟蹤處理實現(xiàn)同步。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的裝置，其特征在于所述的均勻照明系統(tǒng)可以依次由集光透鏡組、復(fù)眼透鏡組和聚光鏡組組成，三色發(fā)光二極管與組成復(fù)眼透鏡組的各個透鏡的軸心平行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使黑白CCD實現(xiàn)彩色功能的方法，主要用不同的顏色光源照射被觀察目標來代替不同顏色的濾色片來分離和單獨獲取被觀察目標的顏色信息；該方法中涉及的裝置包括在光路上依次設(shè)置三色發(fā)光二極管、均勻照明系統(tǒng)、成像物鏡、CCD接口物鏡和圖像傳感器，由發(fā)光控制裝置控制三色發(fā)光二極管輪換發(fā)射紅、綠、藍三種單色光，通過均勻照明系統(tǒng)照射在被觀察物體上，被單色光照明的物體經(jīng)成像物鏡成像后，由CCD接口物鏡成像到黑白CCD或者CMOS接收面圖像傳感器上，再傳輸至圖像處理裝置，將代表3個基色的黑白圖像形合，處理為彩色圖像，該方法和裝置中使用的黑白CCD比彩色CCD制工藝性好，成本較低，且成像清晰度高，不存在偽彩色的現(xiàn)象。
文檔編號H04N1/04GK1471299SQ0213801
公開日2004年1月28日 申請日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者楊澤聲 申請人:麥克奧迪實業(yè)集團有限公司, 楊澤聲