像移补偿方法、像移补偿装置和成像设备与流程

本发明涉及成像设备领域，特别涉及用于补偿运动物体的像移的像移补偿方法、像移补偿装置和成像设备。

背景技术：

遥感卫星获取地球上的相关图像信息是通过安装在遥感卫星上的成像设备(可见光摄像机或电视摄像机)来获取相关图像信息的。由于卫星的飞行速度很快，即使成像设备的曝光时间很短，成像于成像设备传感器表面的图像也会产生相对位移，使得图像变得模糊，如图1所示。图1是侦察卫星对地面目标进行成像的示意图。因此，针对上述情况，需要进行像移补偿。

现有的像移补偿一般指的是机械补偿，即，在成像设备中增加像移补偿装置。该像移补偿装置的工作原理是通过伺服马达使得图像传感器在曝光时间内沿着卫星的飞行方向移动，从而使得需要拍摄的图像与传感器之间没有相对位移，达到像移补偿功能。

但是，在空间环境下，由于卫星在不同位置飞行，如太阳照射范围内或者照射范围外，其温度范围变化非常大。成像设备的环境温度一般在-55℃～-85℃范围之间。当采用机械补偿时，由于像移补偿装置采用机械结构，因为“热胀冷缩”等效应，机械补偿机构往往“失灵”，可靠性低。同时，机械补偿由于需要采用伺服马达，使得运动机构等的体积过大，显著增加了成像设备的体积和重量，不利于空间环境使用。

因此，需要改进的像素补偿机制。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷和不足，提供可以用于补偿运动物体的像移的新颖的和改进的像移补偿方法、像移补偿装置和成像设备。

根据本发明的一方面，提供了一种像移补偿方法，应用于运动物体在图像传感器表面上的成像，所述方法包括：读取在预定曝光时间期间，所述运动物体在所述图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n成像参数，所述第一像元是所述预定曝光时间开始时所述运动物体在所述图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且所述第一到第n像元是所述图像传感器表面上沿所述运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累加所述第一到第n成像参数以得到累积成像参数；和，根据所述累积成像参数得到对所述运动物体成像的第一像素；其中，t_exposure是所述曝光时间，v_target是所述运动物体相对于所述图像传感器的运动速度，且P是所述图像传感器的像元尺寸。

在上述像移补偿方法中，所述图像传感器是电荷耦合器件图像传感器，且所述成像参数是电荷量。

在上述像移补偿方法中，累加所述第一到第n成像参数以得到累积参数的步骤具体包括：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到所述第一像元的转移区中；在所述运动物体从所述第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将所述第一像元的成像区中生成的电荷清空；将所述第一像元的转移区中的电荷A₁转移到所述第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到所述第二像元的转移区中，以使得所述第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述像移补偿方法中，根据所述累积成像参数得到对所述运动物体成像的第一像素的步骤具体包括：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于所述累积的电荷得到对所述运动物体成像的第一像素。

在上述像移补偿方法中，通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在所述像元的转移区中的转移和累积。

根据本发明的另一方面，提供了一种像移补偿装置，应用于运动物体在图像传感器表面上的成像，所述像移补偿装置包括：读取单元，用于读取在预定曝光时间期间，所述运动物体在所述图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n成像参数，所述第一像元是所述预定曝光时间开始时所述运动物体在所述图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且所述第一到第n像元是所述图像传感器表面上沿所述运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累积单元，用于累加所述第一到第n成像参数以得到累积成像参数；和成像单元，用于根据所述累积成像参数得到对所述运动物体成像的第一像素；

其中，t_exposure是所述曝光时间，v_target是所述运动物体相对于所述图像传感器的运动速度，且P是所述图像传感器的像元尺寸。

在上述像移补偿装置中，所述图像传感器是电荷耦合器件图像传感器，且所述成像参数是电荷量。

在上述像移补偿装置中，所述累积单元具体用于：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到所述第一像元的转移区中；在所述运动物体从所述第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将所述第一像元的成像区中生成的电荷清空；将所述第一像元的转移区中的电荷A₁转移到所述第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到所述第二像元的转移区中，以使得所述第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述像移补偿装置中，所述成像单元具体用于：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于所述累积的电荷得到对所述运动物体成像的第一像素。

在上述像移补偿装置中，通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在所述像元的转移区中的转移和累积。

因此，根据本发明的再一方面，提供了一种成像设备，应用于对运动物体成像，所述成像设备包括：分光装置，用于将运动物体的光学信息划分为多路单色光学信息；多个电荷耦合器件(CCD)图像传感器，每个用于对所述分光装置划分的每个单色光学信息进行成像；像移补偿装置，用于对所述运动物体在每个CCD图像传感器的成像表面上的成像进行像移补偿；和，图像叠加装置，用于将所述多个CCD图像传感器获得的经过像移补偿的单色图像进行匹配叠加，以得到所述运动物体的全彩色图像；其中，像素补偿装置具体包括：读取单元，用于读取在预定曝光时间期间，所述运动物体在所述CCD图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n电荷量，所述第一像元是所述预定曝光时间开始时所述运动物体在所述CCD图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且所述第一到第n像元是所述CCD图像传感器表面上沿所述运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累积单元，用于累加所述第一到第n电荷量以得到累积电荷量；和成像单元，用于根据所述累积电荷量得到对所述运动物体成像的第一像素；

其中，t_exposure是所述曝光时间，v_target是所述运动物体相对于所述图像传感器的运动速度，且P是所述CCD图像传感器的像元尺寸。

在上述成像设备中，所述累积单元具体用于：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到所述第一像元的转移区中；在所述运动物体从所述第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将所述第一像元的成像区中生成的电荷清空；将所述第一像元的转移区中的电荷A₁转移到所述第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到所述第二像元的转移区中，以使得所述第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述成像设备中，所述成像单元具体用于：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于所述累积的电荷得到对所述运动物体成像的第一像素。

在上述成像设备中，所述像移补偿装置通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在所述像元的转移区中的转移和累积。

根据本发明的又一方面，提供了一种成像设备，应用于临近空间的卫星遥感成像，所述成像设备包括：分光装置，用于将成像目标的光学信息划分为多路单色光学信息；多个电荷耦合器件(CCD)图像传感器，每个用于对所述分光装置划分的每个单色光学信息进行成像；像移补偿装置，用于对所述成像目标在每个CCD图像传感器的成像表面上的成像进行像移补偿；和，图像叠加装置，用于将所述多个CCD图像传感器获得的经过像移补偿的单色图像进行匹配叠加，以得到所述成像目标的全彩色图像；其中，所述像素补偿装置具体包括：读取单元，用于读取在预定曝光时间期间，所述成像目标在所述CCD图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n电荷量，所述第一像元是所述预定曝光时间开始时所述成像目标在所述CCD图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且所述第一到第n像元是所述CCD图像传感器表面上沿所述成像目标的运动方向上相邻的n个像元；累积单元，用于累加所述第一到第n电荷量以得到累积电荷量；和成像单元，用于根据所述累积电荷量得到对所述运动物体成像的第一像素；

其中，t_exposure是所述曝光时间，v_target是所述成像目标相对于所述图像传感器的运动速度，且P是所述CCD图像传感器的像元尺寸。

在上述成像设备中，所述累积单元具体用于：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到所述第一像元的转移区中；在所述成像目标从所述第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将所述第一像元的成像区中生成的电荷清空；将所述第一像元的转移区中的电荷A₁转移到所述第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到所述第二像元的转移区中，以使得所述第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述成像设备中，所述成像单元具体用于：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于所述累积的电荷得到对所述成像目标成像的第一像素。

在上述成像设备中，所述像移补偿装置通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在所述像元的转移区中的转移和累积。

根据本发明的像移补偿方法、像移补偿装置和成像设备采用电子像移补偿方案，与传统的机械补偿相比无机械设计，简化了成像系统的设计，有效地提高了产品可靠性，降低了产品功耗、体积，同时大幅度提高了成像质量。

附图说明

图1是侦察卫星对地面目标进行成像的示意图；

图2是根据本发明实施例的像移补偿方法的示意性流程图；

图3是逐行扫描电荷耦合器件(CCD)的示意图；

图4是CCD中单个像素的示意图；

图5是相对应的成像目标与CCD传感器的示意图；

图6A-图6E是根据本发明实施例的像移补偿方法的实例的示意图；

图7是示出根据本发明实施例的像移补偿方法的实例的示意性流程的图；

图8是根据本发明实施例的像移补偿装置的示意性框图；

图9是示出根据本发明实施例的成像设备中的分光棱镜的示意图；

图10是示出根据本发明实施例的成像设备的系统框架图；

图11是根据本发明实施例的成像设备中的全彩色图像获取的示意图；

图12是示出根据本发明实施例的成像设备的示意性框图。

具体实施方式

以下描述用于公开本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的公开中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由本发明人使用以使得能够清楚和一致地理解本发明。因此，对本领域技术人员很明显仅为了说明的目的而不是为了如所附权利要求和它们的等效物所定义的限制本发明的目的而提供本发明的各种实施例的以下描述。

虽然比如“第一”、“第二”等的序数将用于描述各种组件，但是在这里不限制那些组件。该术语仅用于区分一个组件与另一组件。例如，第一组件可以被称为第二组件，且同样地，第二组件也可以被称为第一组件，而不脱离发明构思的教导。在此使用的术语“和/或”包括一个或多个关联的列出的项目的任何和全部组合。

在这里使用的术语仅用于描述各种实施例的目的且不意在限制。如在此使用的，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示例外。另外将理解术语“包括”和/或“具有”当在该说明书中使用时指定所述的特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组合的存在，而不排除一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、组件、元件或其组的存在或者附加。

包括技术和科学术语的在这里使用的术语具有与本领域技术人员通常理解的术语相同的含义，只要不是不同地限定该术语。应当理解在通常使用的词典中限定的术语具有与现有技术中的术语的含义一致的含义。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

根据本发明实施例的一方面，提供了一种像移补偿方法，应用于运动物体在图像传感器表面上的成像，该方法包括：读取在预定曝光时间期间，该运动物体在该图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n成像参数，该第一像元是该预定曝光时间开始时该运动物体在该图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且该第一到第n像元是该图像传感器表面上沿该运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累加该第一到第n成像参数以得到累积成像参数；和，根据该累积成像参数得到对该运动物体成像的第一像素。

其中，t_exposure是该曝光时间，v_target是该运动物体相对于该图像传感器的运动速度，且P是该图像传感器的像元尺寸。

图2是根据本发明实施例的像移补偿方法的示意性流程图。如图2所示，根据本发明实施例的像移补偿方法包括：S1，读取在预定曝光时间期间，该运动物体在该图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n成像参数，该第一像元是该预定曝光时间开始时该运动物体在该图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且该第一到第n像元是该图像传感器表面上沿该运动物体的运动方向上相邻的n个像元；S2，累加该第一到第n成像参数以得到累积成像参数；和S3，根据该累积成像参数得到对该运动物体成像的第一像素。

其中，t_exposure是该曝光时间，v_target是该运动物体相对于该图像传感器的运动速度，且P是该图像传感器的像元尺寸。

总的来说，像移补偿的目的是使得图像传感器的成像区域与需要拍摄的图像目标之间没有相对位移。在传统的机械补偿方案中，是采用机械马达来将图像传感器以与运动物体相同的速度移位，从而使得图像传感器的成像区域与运动物体之间保持静止。而在根据本发明实施例的像移补偿方法中，是通过在曝光时间内累积用于成像的参数值，使得与运动物体对应的某一像素的成像参数值对应于该运动物体保持静止时对应的该像素的成像参数值，从而补偿运动物体相对于图像传感器的成像表面的移动。

举例来说，当运动物体相对于图像传感器的成像表面静止时，在曝光时间内，运动物体在图像传感器上成像的图像的第一像素对应第一参数值，例如，电荷量。但是，在运动物体相对于图像传感器的成像表面静止时，假定在曝光时间内，运动物体经过了图像传感器的成像表面上的5个像元，则这5个像元所对应的5个像素的相应参数值的总和等于该第一参数值。在这种情况下，假定运动物体是匀速移动，则每个像元对应的参数值是第一参数值的五分之一。这样，通过将5个像元所对应的5个像素的相应参数值进行累积，就可以得到与当运动物体相对于图像传感器的成像表面静止时对应的第一参数值。接下来，通过基于该第一参数值进行成像，就可以得到无失真的图像。

因而，本领域技术人员可以理解，通过采用本发明的像移补偿方法的原理，针对不同类型的图像传感器，可以选择不同的成像参数来进行补偿。

在上述像移补偿方法中，该图像传感器是电荷耦合器件图像传感器，且该成像参数是电荷量。

图3是逐行扫描电荷耦合器件(CCD)的示意图。CCD的原理是将使用高感光度的半导体材料将光线转变成电荷，实践中，CCD通常实现为用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息。如图3所示，逐行扫描CCD整体上分为曝光部分和读出部分，曝光部分又包括传输寄存器，用于存储曝光产生的电荷。每列的透明寄存区构成垂直转移通道，而读出部分构成水平转移通道。

图4是CCD中单个像素的示意图。如图4所示，CCD中的每个像素都可以分为成像区和转移区。实际操作中，CCD在成像区收集电荷，转移到转移区，再通过垂直转移、水平转移将CCD像素输出。电子快门用于清除成像区的有效电荷，读出操作用于将成像区的有效电荷转移到转移区域。V驱动用于将垂直转移区的电荷向下一行转移，而H驱动用于将水平转移区的电荷向外输出。

图5是相对应的成像目标与CCD传感器的示意图。图6A-图6E是根据本发明实施例的像移补偿方法的实例的示意图。

如图5示意性地所示，成像目标与传感器对应。如图6A所示，目标经光学系统在传感器表面成像，“影像”以v_target运动。如图6B所示，将成像区中的影像转移到转移区。如图6C所示，当目标运动到两个像素的交界处时，对成像区内的所有像素进行“清零”。如图6D所示，将所有图像沿垂直方向下移一行。这里，本领域技术人员可以理解，图6D所示的步骤在图6B所示的步骤之后进行，其可以与图6C的步骤同时进行，也可以不同时进行。如图6E所示，由于如图6C所示，已经对成像区域进行了“清零”，因此在此段时间内在含有A₁信号的像素的成像区内成像的目标还是A，此刻再对图像进行转移，在该像素内的电荷包能量为A₁+A₂，成像目标还是A，因此相当于成像目标相对于对应的电荷包能量没有相对运动。

同样，如图6E所示，成像目标的像素B对应的电荷包能量此时为B₁+B₂，而成像目标的像素C对应的电荷包能量此时为C₁+C₂。

该过程以此类推，则在曝光时间内，最终累积得到的目标电荷为A₁+A₂+...+A_n，其中n是累加次数。

也就是说，在上述像移补偿方法中，累加该第一到第n成像参数以得到累积参数的步骤具体包括：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到该第一像元的转移区中；在该运动物体从该第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将该第一像元的成像区中生成的电荷清空；将该第一像元的转移区中的电荷A₁转移到该第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到该第二像元的转移区中，以使得该第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述像移补偿方法中，根据该累积成像参数得到对该运动物体成像的第一像素的步骤具体包括：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于该累积的电荷得到对该运动物体成像的第一像素。

上述像移补偿方法的实例如图7所示，由于电荷在CCD的各行之间转移，所采用的CCD也可以称为行间转移(interline)CCD。图7是示出根据本发明实施例的像移补偿方法的实例的示意性流程的图。这里，本领域技术人员可以理解，图7所示的根据本发明实施例的像移补偿方法仅是示例。在根据本发明实施例的像移补偿方法的其它实例中，也可以直接读取CCD的各个像素的成像区中的电荷量，并且将运动物体在曝光时间内经过的n个像元中的成像区的电荷量累积，以得到与该像素对应的累积电荷量。

此外，对于其他类型的图像传感器来说，也可以以类似的方式累积其他成像参数值，从而通过成像参数值的累积来补偿运动物体相对于图像传感器的成像表面的移动。

并且，在上述像移补偿方法中，通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在该像元的转移区中的转移和累积。

这样，在根据本发明实施例的像移补偿方法中，采用电子像移补偿方案，与传统的机械补偿相比无机械设计，简化了成像系统的设计，有效地提高了产品可靠性，降低了产品功耗、体积，同时大幅度提高了成像质量。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种像移补偿装置，应用于运动物体在图像传感器表面上的成像，该像移补偿装置包括：读取单元，用于读取在预定曝光时间期间，该运动物体在该图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n成像参数，该第一像元是该预定曝光时间开始时该运动物体在该图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且该第一到第n像元是该图像传感器表面上沿该运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累积单元，用于累加该第一到第n成像参数以得到累积成像参数；和成像单元，用于根据该累积成像参数得到对该运动物体成像的第一像素；

其中，t_exposure是该曝光时间，v_target是该运动物体相对于该图像传感器的运动速度，且P是该图像传感器的像元尺寸。

图8是根据本发明实施例的像移补偿装置的示意性框图。如图8所示，根据本发明实施例的像移补偿装置100应用于运动物体在图像传感器表面上的成像，包括：读取单元101，用于读取在预定曝光时间期间，该运动物体在该图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n成像参数，该第一像元是该预定曝光时间开始时该运动物体在该图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且该第一到第n像元是该图像传感器表面上沿该运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累积单元102，用于累加读取单元101读取的第一到第n成像参数以得到累积成像参数；和成像单元103，用于根据累积单元102得到的累积成像参数得到对该运动物体成像的第一像素；

在上述像移补偿装置中，该图像传感器是电荷耦合器件图像传感器，且该成像参数是电荷量。

在上述像移补偿装置中，该累积单元具体用于：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到该第一像元的转移区中；在该运动物体从该第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将该第一像元的成像区中生成的电荷清空；将该第一像元的转移区中的电荷A₁转移到该第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到该第二像元的转移区中，以使得该第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述像移补偿装置中，该成像单元具体用于：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于该累积的电荷得到对该运动物体成像的第一像素。

在上述像移补偿装置中，通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在该像元的转移区中的转移和累积。

在根据本发明实施例的像移补偿方法和像移补偿装置中，需要以预定电压的时序脉冲控制电荷在像元的转移区中的转移和累积。当需要对彩色图像进行成像时，由于彩色CCD通常具有多种不同颜色的像元，例如，R、G、B和Y，需要对于每种颜色的像元分别听过时序脉冲。因而，存在像移补偿的控制脉冲和控制过程相对复杂的问题。

彩色图像可由红色、绿色、蓝色(RGB)彩色空间构成，其获取的图像信息远大于灰度图像(黑白图像)。在彩色空间中，任一像素的色彩信息由红色分量、绿色分量和蓝色分量三个分量来组成。获取像素的彩色信息的方式目前主要有两种，一种是直接获取每个像素的红色、绿色和蓝色分量，另一种是通过去马赛克算法(demosaicing)，也叫颜色插值算法(color interpolation)获取。去马赛克算法后的图像存在图像模糊、摩尔纹、边缘处关键信息丢失等现象。直接获取R，G，B分量是在光电成像系统中有三个图像传感器，通过光学分路设计，三个图像传感器在相同的像素位置分别获取采样场景在该点的红色分量、绿色分量和蓝色分量，其实现形式是首先通过光学系统获取场景的光学影像，对光学影像通过分光，分成三路分别成像到三个传感器，在每个传感器上面分别放置红色、绿色和蓝色滤光片，三个传感器分别就获取了场景的R，G，B分量，再通过图像处理系统对三个图像相同位置像素点进行叠加，最终获取真彩色的R，G，B空间图像。采用这种方式的优点是获取的色彩空间是场景的真实空间，图像细腻，不存在图像模糊、摩尔纹、边缘处拉链效应等现象。

在根据本发明实施例的成像设备中，为了解决上述控制复杂性的问题，光学系统采用分光棱镜设计思路，将获取的场景模拟图像信息分三路进行设计，每一路的模拟图像均相同，如图9所示。图9是示出根据本发明实施例的成像设备中的分光棱镜的示意图。三路相同的光学影像分别经过红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)滤光片，分别成像于三个相同的CCD图像传感器表面，如图10所示。图10是示出根据本发明实施例的成像设备的系统框架图。如上所述，当光学影像在CCD表面移动时，三个CCD内部的成像电荷与光学影像的速度一致，实现了RGB三个通道的无位移成像。最终将三路CCD输出的图像进行匹配叠加，实现了单幅图像RGB空间的全彩色成像，如图11所示。图11是根据本发明实施例的成像设备中的全彩色图像获取的示意图。

这样，根据本发明实施例的成像设备中的三个CCD图像传感器均可以采用单色CCD图像传感器，即每个CCD中仅包括一种类型的像元，这样，可以显著降低控制脉冲的复杂性。

因此，根据本发明实施例的再一方面，提供了一种成像设备，应用于对运动物体成像，该成像设备包括：分光装置，用于将运动物体的光学信息划分为多路单色光学信息；多个电荷耦合器件(CCD)图像传感器，每个用于对该分光装置划分的每个单色光学信息进行成像；像移补偿装置，用于对该运动物体在每个CCD图像传感器的成像表面上的成像进行像移补偿；和，图像叠加装置，用于将该多个CCD图像传感器获得的经过像移补偿的单色图像进行匹配叠加，以得到该运动物体的全彩色图像。

该像素补偿装置具体包括：读取单元，用于读取在预定曝光时间期间，该运动物体在该CCD图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n电荷量，该第一像元是该预定曝光时间开始时该运动物体在该CCD图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且该第一到第n像元是该CCD图像传感器表面上沿该运动物体的运动方向上相邻的n个像元；累积单元，用于累加该第一到第n电荷量以得到累积电荷量；和成像单元，用于根据该累积电荷量得到对该运动物体成像的第一像素；

其中，t_exposure是该曝光时间，v_target是该运动物体相对于该图像传感器的运动速度，且P是该CCD图像传感器的像元尺寸。

图12是根据本发明实施例的成像设备的示意性框图。如图12所示，根据本发明实施例的成像设备200包括：分光装置210，用于将运动物体的光学信息划分为多路单色光学信息；多个电荷耦合器件(CCD)图像传感器220，每个用于对分光装置210划分的每个单色光学信息进行成像；像移补偿装置230，用于对该运动物体在每个CCD图像传感器220的成像表面上的成像进行像移补偿；和，图像叠加装置240，用于将该多个CCD图像传感器220获得的由像移补偿装置230进行了像移补偿的单色图像进行匹配叠加，以得到该运动物体的全彩色图像。

这里，本领域技术人员可以理解，根据本发明实施例的成像设备中的图像传感器的数目根据分光装置划分的单色光学信息的数目而定。例如，当在RGB彩色空间中对光学信息进行划分时，根据本发明实施例的成像设备包括分别对应于R、G和B的三个CCD图像传感器。或者，如果在RGBY彩色空间中对光学信息进行划分时，则根据本发明实施例的成像设备包括分别对应于R、G、B和Y的十个CCD图像传感器。

在上述成像设备中，该累积单元具体用于：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到该第一像元的转移区中；在该运动物体从该第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将该第一像元的成像区中生成的电荷清空；将该第一像元的转移区中的电荷A₁转移到该第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到该第二像元的转移区中，以使得该第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述成像设备中，该成像单元具体用于：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于该累积的电荷得到对该运动物体成像的第一像素。

在上述成像设备中，该像移补偿装置通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在该像元的转移区中的转移和累积。

这里，本领域技术人员可以理解，根据本发明实施例的成像设备尤其适用于应用于卫星遥感领域中，通过基于行间转移CCD的彩色成像设备的设计方案，可以实现有意的临近空间光电成像处理性能。本发明的发明人对临近空间视觉成像领域的存在的成像设备的问题进入了深入的研究，可以理解本发明实施例的成像设备特别适用于临近空间的卫星遥感成像。

因此，根据本发明实施例的又一方面，提供了一种成像设备，应用于临近空间的卫星遥感成像，该成像设备包括：分光装置，用于将成像目标的光学信息划分为多路单色光学信息；多个电荷耦合器件(CCD)图像传感器，每个用于对该分光装置划分的每个单色光学信息进行成像；像移补偿装置，用于对该成像目标在每个CCD图像传感器的成像表面上的成像进行像移补偿；和，图像叠加装置，用于将该多个CCD图像传感器获得的经过像移补偿的单色图像进行匹配叠加，以得到该成像目标的全彩色图像。

该像素补偿装置具体包括：读取单元，用于读取在预定曝光时间期间，该成像目标在该CCD图像传感器的第一到第n像元上成像所生成的第一到第n电荷量，该第一像元是该预定曝光时间开始时该成像目标在该CCD图像传感器表面上成像的第一像素所对应的像元，且该第一到第n像元是该CCD图像传感器表面上沿该成像目标的运动方向上相邻的n个像元；累积单元，用于累加该第一到第n电荷量以得到累积电荷量；和成像单元，用于根据该累积电荷量得到对该运动物体成像的第一像素；

其中，t_exposure是该曝光时间，v_target是该成像目标相对于该图像传感器的运动速度，且P是该CCD图像传感器的像元尺寸。

在上述成像设备中，该累积单元具体用于：将第一像元的成像区中生成的电荷A₁转移到该第一像元的转移区中；在该成像目标从该第一像元的位置移动到第二像元的位置时，将该第一像元的成像区中生成的电荷清空；将该第一像元的转移区中的电荷A₁转移到该第二像元的转移区中；将第二像元的成像区中生成的电荷A₂转移到该第二像元的转移区中，以使得该第二像元的转移区中的电荷为A₁+A₂；和，重复以上步骤直到第n像元的转移区中的电荷累积为A₁+A₂+...+A_n。

在上述成像设备中，该成像单元具体用于：从第n像元的转移区中读出累积的电荷A₁+A₂+...+A_n；和，基于该累积的电荷得到对该成像目标成像的第一像素。

在上述成像设备中，该像移补偿装置通过具有预定电压的时序脉冲控制电荷在该像元的转移区中的转移和累积。

根据本发明实施例的像移补偿方法、像移补偿装置和成像设备采用电子像移补偿方案，与传统的机械补偿相比无机械设计，简化了成像系统的设计，有效地提高了产品可靠性，降低了产品功耗、体积，同时大幅度提高了成像质量。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离该原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。