[发明专利]基于面阵CMOS图像传感器的运动场景成像方法及系统

说明书

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。

技术领域

本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种基于面阵CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，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。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于面阵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，本发明提供如下技术方案：

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；