劉 璇，李瑞強，李 力，金偉其，程宏昌，閆 磊，鄭 舟

（1. 北京理工大學 光電學院 光電成像技術與系統(tǒng)教育部重點實驗室，北京 100081；2. 微光夜視技術重點實驗室，陜西 西安 710065）

引言

傳統(tǒng)的夜視技術拓展了人類夜間視覺，但只能提供單色視覺[1]。上世紀末國際上提出彩色夜視技術概念，旨在利用人眼顏色分辨力遠強于灰度，以增強人眼夜間視覺觀察效果。彩色夜視技術發(fā)展至今，主要有偽彩色技術、假彩色技術、真彩色技術[2]。偽彩色技術通過灰度圖像編碼來獲得彩色圖像[3]，但是色彩只能作為簡單標識，與人眼認知不一致，不適合長期觀察；假彩色技術通常利用多波段信息，例如基于色彩傳遞的微光與紅外圖像融合技術[4–6]，能夠獲得具有自然感的彩色成像效果[7]；真彩色夜視技術是最理想的實現(xiàn)方式，相比較前2 種通過圖像處理算法的彩色化方法，真彩色技術可以在硬件上獲得夜間可見光波段紅(red,R)、綠(green, G)、 藍(blue, B)光譜特征，匹配人眼標準三刺激值曲線，再輔以色彩校正等處理，實現(xiàn)與人類大腦的色彩認知一致的彩色夜視圖像[8]。

彩色成像系統(tǒng)是在探測器前加濾光片以獲得不同波段的信息，最后還原出RGB 彩色圖像。目前的真彩色夜視系統(tǒng)主要有2 大類：

1） 基于硅（Si）基高靈敏度CCD/CMOS 的彩色微光夜視技術。隨著Si 基探測器靈敏度的提高，基于CCD/CMOS 的彩色成像技術也逐漸向低照度方向延伸，其工作照度已經拓展到10?3lx 傳統(tǒng)微光夜視領域[9]，彩色微光夜視自然也成為人們的關注點。與單片式彩色CCD/CMOS 采用的RGGB 拜爾濾光片不同，為了提高低照度成像信噪比，通常濾光片陣列采用了新型RGB+白(white, W)、RGB+近紅外(near infrared, NIR)等模式，包含了近紅外信息，需要通過后續(xù)圖像色彩重構算法，才能有效恢復景物的RGB 信息，在月光條件下實現(xiàn)與人眼視覺一致的真彩色成像，但在更低照度（星光）條件下，仍需切換至單色模式[10]。典型產品有：2006年BATC 公司Gerald B.Heim 等采用彩色濾光片陣列研制了低照度EMCCD 彩色相機[11]；2009 年SENSATA 公司Dirk Hertel 等利用RGB+全通濾光片陣列耦合低照度CMOS，實現(xiàn)真彩色夜視系統(tǒng)[12]；2014 年PHOTONIS 推出了RGBW 濾光片陣列的彩色低照度CMOS 相機NOCTURN U3，可在2×10?1lx以上獲得真彩色圖像，在此照度以下自動轉為黑白模式[13]。

2） 基于高性能像增強器的彩色夜視技術。由于光敏面與數(shù)字采集面分離，通常采用分光或機械/電調制彩色濾光片獲得彩色夜視成像。典型產品有：1996 年McDonnell Douglas 公司基于像增強器和可調電光濾波器的彩色夜視頭盔[14]；2007 年美國Tenebraex 公司基于像增強器和轉輪三色濾光器的彩色夜視設備(color capable night vision device,CCNVD)[15]；2015 年陳一超等人基于二代像增強器設計的彩色夜視方案[16]；2019 年袁滔等基于三代像增強器和電控三色濾光器的彩色夜視系統(tǒng)[10]。由于彩色濾光片的存在，彩色ICCD/ICMOS 的綜合靈敏度有明顯衰減。基于高性能像增強器的彩色夜視技術通常最低工作照度相比單色提升1～2 個數(shù)量級。

近年來，隨著國產高靈敏度電子轟擊有源器件陣 列(electron bombarded active pixel sensor, EBABS)的發(fā)展[9]，有望在環(huán)境照度10?4lx 條件下實現(xiàn)彩色夜視成像。EBAPS 屬于真空-固體混合型微光成像器件，既有真空像管的高增益特性，也具有固體成像器件的數(shù)字化特性。EBAPS 的成像原理如圖1 所示。其成像過程包括：① 光電陰極吸收光子，使電子得以發(fā)射；② 高壓加速電子；③ CMOS傳感器收集電子；④ 數(shù)字視頻輸出。由于光電陰極屬于半透明薄膜，晝間也可以直接透過光電陰極成像在APS 上，實現(xiàn)晝夜觀察成像。

圖1 EBAPS 成像原理示意圖Fig. 1 Schematic diagram of EBAPS imaging principle

本文基于國產EBAPS 和三色液晶可調制濾光片，搭建了彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)，并基于EBAPS的成像特性，設計出防過曝白平衡和色彩校正算法，最后通過實驗驗證系統(tǒng)在5×10?4lx 照度下的工作性能。

1 彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)的構成

如圖2 所示，彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)由物鏡、三色液晶可調制濾光片(liquid crystal tunable filter, LCTF)及其控制器、EBAPS 相機和PC 機組成。物鏡透過分光器成像在微光成像探測器組件的成像面上，在EBAPS 電路幀同步信號驅動下，處于外觸發(fā)狀態(tài)的三色LCTF 可通過控制器的調制信號逐次改變R、G、B 濾光狀態(tài)，EBAPS 同步采集連續(xù)幀圖像，在完成1 個RGB 濾光循環(huán)采集后，系統(tǒng)將采集的相鄰RGB3 幀數(shù)字圖像進行微光夜視彩色重構處理，輸出最終的彩色微光夜視圖像。系統(tǒng)模型如圖3 所示。

圖2 彩色微光EBAPS 圖像采集實驗系統(tǒng)Fig. 2 Experimental system of color low-level-light EBAPS image acquisition

圖3 系統(tǒng)模型Fig. 3 Diagram of system model

1.1 系統(tǒng)物鏡

由于EBAPS 從入射窗到成像面的距離dc為8.9 mm～9.9 mm，三色LCTF 的厚度dlctf為25 mm，已遠超普通工業(yè)相機的C/CS 接口法蘭距，假設dd1(=4.8 mm)為入射窗前端余量，dd2(=5 mm)為系統(tǒng)轉接環(huán)中間部分的厚度,dn(=10 mm)是其他余量，則鏡頭的后截距df應滿足：

系統(tǒng)采用的物鏡為PENTACON M55 定焦鏡頭，其光圈數(shù)為1.8，焦距為50 mm，后截距為55 mm，符合設計要求。

1.2 三色LCTF 及其控制器

LCTF 要求具有足夠快的轉換頻率，以保證在時分3 幀合成1 幀的成像幀率。由于人眼視覺殘留決定成像幀頻需達24 f/s 以上，故LCTF 的轉換頻率應大于72 Hz。為保證低照度下的成像靈敏度，入射光經過光學元件時應具有較高的透過率，因此要求液晶濾光器的透過率足夠高，且各子波段的光譜寬度較好，以減少光能損失。從成像色彩質量要求來看，通常選擇3 種濾光狀態(tài)，如RGB或其補色(補色的光譜透過率曲線通常更寬，可提高光能利用率)，以獲得相對較好的源彩色。鑒于以上考慮，系統(tǒng)采用了美國Meadowlark Optics 公司三色LCTF，其包含LCTF 模塊（如圖4(a))和控制器(如圖4(b))，具有超小型化、寬光譜、超高偏振透過率、超快調制頻率等特點，可通過控制軟件(控制器具有Labview 和C++程序接口，可對調制參數(shù)進行二次開發(fā))或外觸發(fā)方式在紅光R(680 nm)、綠光G(550 nm)和藍光B(450 nm) 3 個不同中心波長譜段(如圖4(c))間實現(xiàn)快速轉換。為了滿足不同應用需求，還可對中心波長、光譜范圍和通光口徑提供定制化服務，為后續(xù)拓展到近紅外提供可能。LCTF 的最小光譜切換時間為10 ms，轉換頻率為100 Hz，通光口徑為22 mm。

圖4 Meadowlark Optics 的三色LCTF 及其控制器Fig. 4 Three-color LCTF and its controller of MeadowlarkOptics

1.3 微光成像探測器組件

采用國產EBAPS 成像器件，GaAs 三代光電陰極具有超高靈敏度和低噪聲，入射窗口直徑20 mm,基本與LCTF 同光口徑相匹配，APS 光敏面像素規(guī)模達到2 k×2 k，像素尺寸11 μm，最大幀率可達48 f/s，峰值量子效率達到95% (@ 560 nm)，動態(tài)范圍大于60 dB，讀出噪聲小于1.6 e?。

最終搭建的彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)如圖5(b)所示。整體機箱長寬高150 mm×100 mm×130 mm（不帶鏡頭），內置EBAPS 電路(如圖5(a))長寬高約為48 mm×65 mm×74 mm。

圖5 EBAPS 及其系統(tǒng)實物Fig. 5 EBAPS and physical integrated system

幾種典型光電陰極的光譜響應如圖6 所示。需要指出的是，彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)的響應與光電陰極的響應光譜靈敏度以及LCTF 的光譜透射比密切相關。對于圖4(c)所示的LCTF，其光譜透過率基本截止于800 nm 以下，并沒有完全發(fā)揮GaAs 光電陰極的近紅外響應，但較適合于GaAsP光電陰極。根據(jù)文獻[9]可知，若設GaAsP 光電陰極積分和光譜靈敏度分別為SGaAsP和SGaAsP(λ)，GaAs光電陰極積分和光譜靈敏度分別為SGaAs和SGaAs(λ)，M(λ)為對應照明光源的相對輻射光譜分布，對應LCTF 的C 通道光譜透過率為τC(λ)，則為了描述LCTF 的通道在特定照明條件下，GaAsP 光電陰極與GaAs 光電陰極的匹配效率，定義匹配系數(shù)比為

圖6 幾種典型光電陰極的光譜響應Fig. 6 Spectral responses of several typical photocathodes

因此，在接近夜視照明A 光源(色溫為2856 K)下， GaAsP、GaAs 光電陰極的匹配系數(shù)比為

可以看出，目前成品LCTF 在A 光源下更適合GaAsP 光電陰極，但從充分利用夜天光光譜的近紅外能量角度來看，未來宜采用GaAs 光電陰極及設計定制3 波段LCTF，使得LCTF 與GaAs 光電陰極更為匹配，以獲得更佳的彩色光譜靈敏度。

2 彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)的色彩增強處理

彩色微光夜視EBAPS 成像系統(tǒng)在低照度環(huán)境下工作時，信號強度較弱，信噪比低，存在一些散粒噪聲和閃爍噪聲，同時夜間場景往往存在局部高亮景物(如樓房窗戶燈光、遠處的路燈等)，成像時容易發(fā)生局部過曝和，在圖像中出現(xiàn)“白斑”。

根據(jù)色彩恒常性理論[17]及其一些算法假設[18]，結合彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)信噪比低、信號強度微弱等特點，對彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)的各通道源圖像進行圖像灰度拉伸、色彩白平衡、色彩校正等色彩增強處理，實現(xiàn)微光夜視系統(tǒng)源圖像的色彩恢復。相較應用于常規(guī)低照度成像設備(普通數(shù)碼相機、手機相機)的白平衡算法，其魯棒性更適合微光夜視成像處理。

2.1 防過曝拉伸

為了提升圖像亮度，便于觀察和后續(xù)色彩增強處理，需要對獲得的低強度源圖像拉伸。通常對各通道信號等幅拉伸，以亮度最大的圖像通道為拉伸基準。設Rmax,Gmax,和Bmax為源圖像中各通道像素最大值，則拉伸系數(shù)為

在實際場景微光成像過程中，圖像噪聲、局部區(qū)域過度曝光等會對像素最大值的尋找造成困難，即圖像中像素最大值可能是白噪點或過曝區(qū)域值，如圖7 所示。簡單地取各通道圖像最大像素值往往會造成錯誤的通道拉伸，進而導致白平衡失敗。因此，本文的圖像拉伸算法考慮了以下2 點：1) 正確的景物像素最大值應為圖像像素集而非少量單一像素點；2) 達到圖像極限灰度級的像素集往往是過曝區(qū)域，而非正確的景物像素值最大值（即使是正確的值，取相鄰灰度級也可得到滿意的拉伸效果)。

圖7 EBAPS 成像過曝區(qū)域及噪聲點Fig. 7 Imaging overexposed areas and noise spots of EBAPS

圖像拉伸算法需要計算圖像的直方統(tǒng)計TRi、TGi、TBi(i=0,1,2,…,255)，表 示 各 通 道 中 灰 度 級 為i的像素數(shù)。以上述2 點考慮為限制條件，去掉最大灰度級255，向下遍歷其他灰度級，找到滿足條件的像素值。首先確定像素集大小Nmin，根據(jù)成像場景不同可做調整，通常?。?/p>

式中P為圖像總像素數(shù)。以R 通道為例，則正確的最大像素值Rmax應滿足條件

同理，可得Gmax和Bmax，從而求得拉伸系數(shù)ρ。

為了防止過曝區(qū)域擴大，大于最大像素值Max(Rmax,Gmax,Bmax)，過曝區(qū)域要壓縮到正確范圍，即：

式中：Roe、Goe、Boe表示過曝區(qū)域的像素值。

2.2 白平衡處理

人眼對色彩的感知具有恒常性，即不論當前光源色彩怎樣，人眼對某一種物體的色彩認知始終是一致的。比如在夜天光環(huán)境下，人眼仍然能判斷出樹葉是綠色的，因此，色彩恒常性取決于照明條件、物體表面屬性、視網膜處理、記憶色等多方面因素[18]。

彩色系統(tǒng)不具有類似人眼的色彩恒常能力，只能反映物體反射光的強度，隨著光源光譜改變，其接受的顏色刺激也就隨之改變，反映為最終成像色彩整體偏移。因此，白平衡處理的作用就是消除光源色溫的影響，恢復色彩偏移，實現(xiàn)色彩恒常性。常見的白平衡方法有灰度世界法和白塊反射法[19]?；叶仁澜绶ɑ诨叶仁澜缂僭O，通過計算圖像的某種平均顏色來估計光源色，以實現(xiàn)色彩恒常性。這就需要色彩豐富的場景，而實際的夜視場景單一，灰度世界法并不適用。

本文算法基于白塊反射法[19]，根據(jù)夜視系統(tǒng)的特點進行了改進。首先，白塊反射法是在圖像中找出一個白塊，它會反射光源的全部輻射，那么白塊像素值就是光源的三刺激值，完全反映了光源的色偏情況，可以用白塊像素值對各色彩通道拉伸，使三通道值相等，最終獲得色彩恒常性描述子，即景物表面反射率的估計，實現(xiàn)色彩恒常性。設彩色微光源圖像像素值為Ro、Go、Bo，白平衡后的像素值為R′、G′、B′，白平衡系數(shù)為α、β、γ，拉伸系數(shù)為ρ，則有：

在某種光源(如A 光源)下，用彩色微光夜視實驗系統(tǒng)采集標準白板圖像，調整系統(tǒng)積分時間，使亮度最大通道中白板圖像剛好不過曝，記下另外2 個通道中白板的像素值。本系統(tǒng)中，R 通道強度最大，α=1，另外2 個通道的白平衡系數(shù)分別為

式中：Rmax,Gmax,和Bmax分別為源圖像中各通道的白板像素值。

標準色卡如圖8 所示。其中22 號色塊代表中性灰，其光譜反射率為18%，且光譜特性整體較為平坦。19 號白色塊反射率為95%，光譜特性整體較為平坦，但在紫色到深藍色之間反射率陡降，如圖9 所示。

圖8 實驗所用標準色卡Fig. 8 Standard color checkers used in experiment

圖9 色塊光譜反射率Fig. 9 Spectral reflectance of color blocks

由于光源偏移、濾光片三通道透過率不相等、光陰極響應不均勻等問題，僅通過一個標準白色色塊來調整各彩色通道，會使得結果產生較大偏移，因此，需要再選擇一個標準中性灰色塊輔助完成白塊反射法。拉伸變換不僅使白塊的RGB 三通道值相等，還使中性灰塊的RGB 三通道值也相等。因此，改進的白平衡變換形式為

式中：下標22 代表22 號中性灰色色塊的三通道值；下標19 代表19 號白色色塊的三通道值。

2.3 色彩校正

由于彩色成像設備的原光譜響應與國際照明委員會 (Coherent Infrared Energy, CIE)標準曲線偏離線性齊次關系，為了使系統(tǒng)響應三刺激值逼近CIE 標準曲線，需要通過色彩校正矩陣(color correction matrix, CCM)將系統(tǒng)空間變換至標準空間中，設計特定的損失函數(shù)和回歸方法，通過色卡的多個數(shù)據(jù)對訓練求解CCM，最后得到色彩校正結果

色彩校正算法首先要獲得相互對應的系統(tǒng)三刺激值和標準三刺激值。傳統(tǒng)線性色彩校正方法認為，在同一光源下，不同顏色空間的三刺激值之間滿足線性變換關系

式中：[RS,GS,BS]T和[RM,GM,BM]T分別為標準三刺激值和測量三刺激值；TCCM為轉換矩陣。式中9 個系數(shù)中只有8 個是獨立的，理論上通過4 個已知點在新舊顏色空間中對應的坐標即可求解方程，通常4 個已知點選3 個原色點和參考白點。

由于彩色微光夜視系統(tǒng)的光譜響應與CIE 標準曲線偏離為線性齊次關系，僅用4 個已知點會造成過擬合，因此，擬采用多個色塊（>4）的最小二乘擬合法(ordinary least square regression, QLSR)或者偏置最小二乘擬合法(partial least square regression,PLSR)來求解變換矩陣CCM，計算形式如表1 所示。

表1 回歸方法及其計算形式Table 1 Regression method and its calculation form

實際計算時，首先需要在特定光源拍攝標準色卡。實驗用24 色標準色卡包含了18 個非灰度色塊，根據(jù)這18 個非灰度色塊均勻區(qū)域的均值得到測量矩陣Pi(i=1, 2, …, 18), 大小為n×18，標準矩陣Qi(i=1, 2, …, 18), 大小為m×18，n和m表示所用顏色空間的顏色分量。

由于彩色微光夜視系統(tǒng)圖像信噪比低，圖像質量差，需要引入不同的非線性顏色空間模型以及嘗試不同的回歸方法，以避免噪聲放大。本文嘗試引入2 種顏色空間模型，如表2 所示，用這2 種回歸方法(見表1 所示)來討論色彩校正效果。顏色空間模型分別為線性模型和一種非線性模型，前者標準值和測量值都為[R G B] 3 個顏色分量，最后求得的TCCM為3×3 矩陣。后者標準值為[R G B] 3 個顏色分量，測量值為[R G B 1] 4 個顏色分量，最后求得的TCCM為3×4 矩陣。

表2 顏色空間模型Table 2 Color space model

如圖10 所示，偏置最小二乘法比普通最小二乘法的效果更具優(yōu)勢。通過引入L2范數(shù)懲罰項，可保證PPT+λI項可逆，且在求逆運算中不會引入嚴重的舍入誤差，相比于傳統(tǒng)最小二乘法能夠獲得更好的魯棒性，且復合模型比線性模型更適應彩色微光夜視系統(tǒng)的非線性響應等。選擇復合模型和偏置最小二乘法能夠得到較準確的色彩還原，且不會過分地放大噪聲，便于人眼觀察。因此色彩校正處理方法選擇復合模型+偏置最小二乘擬合法。

圖10 2 種顏色空間模型與2 種回歸方法計算彩色校正結果Fig. 10 Color correction results calculated by two color space models and two regression methods

3 實驗及結果分析

3.1 實驗方案

1) 光源。選取光源主要考慮景物顏色復現(xiàn)準確性，使用接近自然光光譜成分的標準光源進行成像實驗，并進行白平衡標定。影響色彩校正最重要的色彩還原能力的2 個指標是色溫和顯色性，只有具備了一定色溫和顯色指數(shù)的光源才能夠被稱為標準光源。實驗用標準A 光源(色溫2 856 K)，其光譜連續(xù)且含有較多的近紅外信息，照度可調節(jié)范圍為5×10?5lx～100 lx，光源出射光譜范圍為400 nm～1 800 nm。

2) 成像目標。不同彩色校正算法主要考察邊緣清晰度及顏色準確度，場景應包含豐富的紋理和顏色。為此，采用色品坐標已知的標準色卡來評價色彩還原的準確性(其中包含18 個彩色色塊，6 個灰度色塊)。

3) 光照條件。照度條件等級設置為5×10?1lx，1×10?1lx，5×10?2lx，1×10?2lx，5×10?3lx，1×10?3lx，5×10?4lx，1×10?4lx 共8 個檔次，事先已標定，因此，實驗中無需再使用照度計。

在暗室環(huán)境中，使用EBAPS 彩色微光成像系統(tǒng)對目標場景成像，將系統(tǒng)采集到的RGB 源圖像經過白平衡算法以及色彩校正后，得到該光源下的最終彩色夜視圖像。

3.2 評價指標

成像系統(tǒng)常用的客觀評價指標分為有參考的客觀評價指標和無參考的客觀評價指標。對于本系統(tǒng)來說，主要評價彩色成像效果，因此評價指標主要從色彩準確性和飽和性考慮。色差是有參考的客觀評價指標，指定標準色卡的三刺激值作為色差指標的參考，飽和度是無參考的客觀評價指標[18]。

1) 1976 CIEL*a*b*均勻顏色空間色差ΔE

CIEL*a*b*均勻顏色空間色差ΔE可表示[20]為

式中ΔE值越小，表示圖像色彩偏差越小，單位為NBS。

2) 飽和度S

飽和度可由RGB 色彩空間到HSV 色彩空間的轉換得出，計算公式如下：式中S分量即為飽和度。S越大，飽和度越高，色彩越鮮艷。

3.3 實驗結果

由于EBAPS 在低照度環(huán)境下會增加較高電壓進行電子轟擊，能量倍增是非線性的，因此，在較低照度下，圖像的噪聲呈指數(shù)性放大，且會顯露出一些如臟點等工藝缺陷，進而對白平衡即色彩校正帶來影響。場景1 如圖11 所示。圖11 中只拍攝標準色卡的畫面，從左到右依次為每個照度下的原圖像、拉伸圖像、白平衡圖像、色彩校正圖像,利用19 號白色色塊和22 號中性灰色塊用來進行白平衡校正，1～18 號色塊用于色彩校正。在某種特定光源下，白平衡校正系數(shù)與CCM 是系統(tǒng)的特性，可用于處理同光源下其他場景圖像。在同樣實驗條件下，增加彩色物體作為拍攝目標，場景2 包含色卡和其他一些彩色目標，比如紅旗、綠蘿、藍色紙袋、黃色卷尺盤等。對于場景2 的圖像處理，使用場景1 計算得到的白平衡系數(shù)、TCCM對場景2 的圖像進行處理，場景2 處理結果如圖12所示。從圖12 可以看出，在A 光源影響下，初始拉伸圖像整體偏紅，場景中不同顏色目標無法分辨，經過白平衡處理和色彩校正后，目標物的顏色得到還原，紅色國旗和藍色紙袋差別明顯，同時還可以看出標準色卡的色塊飽和度得到提升，顏色更加鮮艷。

圖11 場景1 在不同照度下圖像處理效果Fig. 11 Image processing effect under different illuminance in scene 1

圖12 場景2 在不同照度下圖像處理效果Fig. 12 Image processing effect under different illuminance in scene 2

為了驗證本系統(tǒng)及色彩增強算法可以在低照度下獲得真彩色圖像，使用色差指標來評價色彩校正處理效果，色差越小越好，同時使用飽和度指標來評價色彩豐富度，飽和度越高越好。場景1 圖像評價指標參數(shù)如表3 所示。從表3 可以看出，白平衡后的圖像色差相比拉伸后的圖像已有降低，但在極低照度下起到反作用，主要是由于極低照度下高壓導致的增益非線性所致，而色彩校正后圖像的色差相比于拉伸后的圖像明顯下降，因此色彩校正算法可有效提升色彩準確性。白平衡雖然在一定程度上提升了色彩準確性，但是圖像顏色飽和度較低，圖像整體黯淡，而色彩校正后的圖像飽和度明顯提升，色彩更加鮮艷。

表3 場景1 圖像評價指標參數(shù)Table 3 Image evaluation index parameters of scene 1

主觀來看，不論是場景1 還是場景2，經過白平衡的圖像能夠有效解決系統(tǒng)色偏問題，經過色彩校正后，圖像顏色更加明顯，色塊之間的差異也能顯著呈現(xiàn)，且場景2 中的紅旗等物品的顏色也更接近真實色彩。因此，獲得基礎的彩色重構圖像后，進行白平衡處理以及色彩校正等增強處理是必要的。實驗結果表明，照度在5×10?3lx 以上，圖像可以獲得較為準確的色彩，有望實現(xiàn)真彩色成像；照度在5×10?4lx 以下，圖像色彩發(fā)生偏移，噪聲被放大，雖然色彩不夠準確，但是經過色彩增強處理后，圖像細節(jié)突出，對比度提升，可視性提高，可實現(xiàn)自然感彩色成像。

4 結論

EBAPS 的高靈敏度特性使得超低照度下彩色夜視成為可能，本文搭建了基于三色LCTF 的彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)，并根據(jù)彩色微光成像系統(tǒng)的特點，設計了防過曝拉伸、白平衡、色彩校正等色彩增強算法。實驗結果表明，本系統(tǒng)可在5×10?3lx 照度下實現(xiàn)真彩色成像，經過色彩增強處理后圖像飽和度提升，色差減小，圖像細節(jié)突出，可視性提高，在5×10?4lx 照度下可實現(xiàn)自然感彩色成像。

本文方法驗證了基于三色LCTF 的彩色微光EBAPS 成像系統(tǒng)的技術可行性，進一步完善了系統(tǒng)結構設計、圖像處理算法優(yōu)化以及降低微光圖像噪聲，特別是通過對LCTF 透過率曲線的優(yōu)化，充分發(fā)揮三代像增強器的近紅外響應優(yōu)勢，在5×10?4lx 照度下獲得了較好的自然感彩色微光EBAPS圖像。