基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法及系统技术方案

本申请公开一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法及系统，通过融合编码曝光和数字域TDI技术，以编码曝光时序为框架，在每个单次曝光过程中进行不同级数的数字域时间延迟积分，对CMOS图像传感器所成的数字图像进行处理，得到像移补偿后的单次曝光图像，将多个像移补偿后的单次曝光图像叠加后得到编码曝光图像，再进行反卷积运算，最终得到清晰化的目标图像。本发明专利技术提供的基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法可以避免编码曝光在高速运动场景成像中的单次曝光像移模糊和数字域TDI动态范围受限的问题，从而使得面阵CMOS图像传感器可以适用于高速运动场景成像，消除像移模糊，提高成像质量。

Motion scene imaging method and system based on planar array CMOS image sensor

The invention discloses a method and system of motion imaging array CMOS image sensor based on the fusion encoding exposure and digital domain TDI technology to encoding exposure time frame, digital time series of different domains in each single exposure process delay integral, digital image of a CMOS image sensor processing and as a single exposure image after motion compensation, a plurality of image motion compensation after a single exposure image overlay after exposure image encoding, then deconvolution operation, finally get the target image clarity. The present invention provides motion scene imaging method for array CMOS image sensor based on encoding single exposure can avoid exposure in high-speed motion scene imaging in motion blurred image and digital domain TDI dynamic range is restricted, so that the array CMOS image sensor can be applied to high-speed motion scene imaging, eliminate image blur, improve imaging quality.

【技术实现步骤摘要】
基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法及系统
本专利技术涉及成像
，尤其涉及一种基于面阵CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器的运动场景成像方法及系统。
技术介绍
在航天、航空遥感等研究和应用领域中要重点解决的问题包括高速运动场景成像和高动态范围成像。所谓运动场景，是成像主体即相机与成像客体即目标间相对运动的统称。以航天遥感应用为例，无论是早期的返回式胶片相机，还是如今占据主导地位的传输型数字相机，像移模糊都是遥感成像中最突出的问题之一。存在像移模糊的原因为：在相机曝光时间内，目标场景通过光学镜头在焦面处所成的像相对于胶片或图像探测器发生位移，使之与像元失去一对一映射关系，从而导致图像中目标物体的拖影现象，定量表现为推扫方向调制传递函数(MTF)的下降。遥感成像场景中高层建筑阴影处地面反射辐照度低，由于相机动态范围受限，阴影中的暗目标与其他区域的亮目标难以被同时分辨，制约了遥感相机的观测能力。目前面阵CMOS图像传感器已经广泛应用在星敏感器、深空探测等领域，但将其应用到高速运动场景成像领域并保证高动态范围观测能力，还没有相应的解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法及系统，以解决现有技术中CMOS图像传感器在高速运动场景成像中同样存在像移模糊的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法，包括：预设编码脉冲序列，所述编码脉冲序列包括多个脉冲；根据所述编码脉冲序列，控制面阵CMOS图像传感器进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像；对所述多个数字图像进行数字域时间延迟积分处理，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像；将多个所述单次曝光图像进行错位叠加，得到混叠的编码曝光图像；根据所述编码脉冲序列对应的模糊化函数，对所述编码曝光图像进行反卷积运算，得到清晰化的目标图像。优选地，所述根据所述编码脉冲序列，控制面阵CMOS图像传感器进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像具体包括：根据所述编码脉冲序列，及目标场景与CMOS图像传感器的相对运动速度，控制面阵CMOS图像传感器以卷帘式电子快门工作方式，并以所述目标场景中任意一点所成像在所述CMOS图像传感器像面上沿推扫方向移动一个像元的位移量所用时间作为帧周期，进行曝光成像。优选地，所述对所述多个数字图像进行数字域时间延迟积分处理，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像，具体包括：根据所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光时长、根据目标场景与CMOS图像传感器的相对运动速度，计算在所述单次曝光时长内，所述目标场景中任意一点所成像在所述CMOS图像传感器像面上沿推扫方向所移动的像元数；将所述像元数作为所述数字域时间延迟积分的级数，对所述多个数字图像进行沿所述推扫方向的移位累加，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像。优选地，在所述根据所述编码脉冲序列，控制面阵CMOS图像传感器进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像步骤之后，还包括：将所述多个数字图像存储到寄存器中。本专利技术还提供一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像系统，包括：编码脉冲序列预设模块，用于预设编码脉冲序列，所述编码脉冲序列包括多个脉冲；CMOS图像传感器，用于根据所述编码脉冲序列进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像；数字域时间延迟积分处理模块，用于对所述多个数字图像进行数字域时间延迟积分处理，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像；曝光图像叠加模块，用于将多个所述单次曝光图像进行错位叠加，得到混叠的编码曝光图像；反卷积模块，用于根据所述编码脉冲序列对应的模糊化函数，对所述编码曝光图像进行反卷积运算，得到清晰化的目标图像。优选地，所述数字域时间延迟积分处理模块包括：计算单元，用于根据所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光时长、根据目标场景与CMOS图像传感器的相对运动速度，计算在所述单次曝光时长内，所述目标场景中任意一点所成像在所述CMOS图像传感器像面上沿推扫方向所移动的像元数；累加单元，用于将所述像元数作为所述数字域时间延迟积分的级数，对所述多个数字图像进行沿所述推扫方向的移位累加，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像。优选地，还包括存储模块，用于存储所述多个数字图像。优选地，所述存储模块为位于所述CMOS图像传感器外部的寄存器。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法，通过融合编码曝光和数字域TDI(TimeDelayIntegration，时间延迟积分)技术，以编码曝光时序为框架，在每个单次曝光过程中进行数字域TDI，即本专利技术提供的基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法的整体框架是面阵CMOS图像传感器对目标场景的编码曝光，而每个单次曝光开窗成像则采用数字域TDI技术对CMOS图像传感器所成的数字图像进行处理，得到像移补偿后的单次曝光图像，将多个像移补偿后的单次曝光图像叠加后得到编码曝光图像，再进行反卷积运算，最终得到清晰化的目标图像。一方面采用数字域TDI技术对CMOS图像传感器所成的数字图像进行处理，能够避免编码曝光过程中的单次曝光像移模糊，使编码曝光的应用成为可能；另一方面通过编码曝光过程中先后多次以不同曝光时间、对应不同积分级数的数字域TDI成像，可得到对同一场景以特定编码格式的、没有单次曝光像移模糊的、不同曝光度的错位叠加图像，在良态反卷积得到清晰图像的同时，对不同曝光度图像分量的融合使得图像的动态范围得以提升。本专利技术提供的基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法可以避免编码曝光在高速运动场景成像中的单次曝光像移模糊和数字域TDI动态范围受限的问题，从而使得面阵CMOS图像传感器可以适用于高速运动场景成像，消除像移模糊，提高成像质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法原理示意图；图3为传统相机拍摄到的图像；图4为编码相机拍摄的图像；图5为本专利技术实施例提供的一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。CMOS图像传感器属有源像素传感器(ActivePixelSensor，简称APS)，与CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法，其特征在于，包括：预设编码脉冲序列，所述编码脉冲序列包括多个脉冲；根据所述编码脉冲序列，控制面阵CMOS图像传感器进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像；对所述多个数字图像进行数字域时间延迟积分处理，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像；将多个所述单次曝光图像进行错位叠加，得到混叠的编码曝光图像；根据所述编码脉冲序列对应的模糊化函数，对所述编码曝光图像进行反卷积运算，得到清晰化的目标图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法，其特征在于，包括：预设编码脉冲序列，所述编码脉冲序列包括多个脉冲；根据所述编码脉冲序列，控制面阵CMOS图像传感器进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像；对所述多个数字图像进行数字域时间延迟积分处理，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像；将多个所述单次曝光图像进行错位叠加，得到混叠的编码曝光图像；根据所述编码脉冲序列对应的模糊化函数，对所述编码曝光图像进行反卷积运算，得到清晰化的目标图像。2.根据权利要求1所述的基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法，其特征在于，所述根据所述编码脉冲序列，控制面阵CMOS图像传感器进行曝光成像，在每个编码脉冲时间内，均得到多个数字图像具体包括：根据所述编码脉冲序列，及目标场景与CMOS图像传感器的相对运动速度，控制面阵CMOS图像传感器以卷帘式电子快门工作方式，并以所述目标场景中任意一点所成像在所述CMOS图像传感器像面上沿推扫方向移动一个像元的位移量所用时间作为帧周期，进行曝光成像。3.根据权利要求1所述的基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法，其特征在于，所述对所述多个数字图像进行数字域时间延迟积分处理，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像，具体包括：根据所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光时长、根据目标场景与CMOS图像传感器的相对运动速度，计算在所述单次曝光时长内，所述目标场景中任意一点所成像在所述CMOS图像传感器像面上沿推扫方向所移动的像元数；将所述像元数作为所述数字域时间延迟积分的级数，对所述多个数字图像进行沿所述推扫方向的移位累加，得到所述多个数字图像所在编码脉冲对应的单次曝光图像。4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于面阵CMOS图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰太吉，龙科慧，李俊霖，薛旭成，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22