一种光电周视成像系统的补偿成像方法及装置与流程

本发明涉及光学成像技术领域，具体是一种光电周视成像系统的补偿成像方法及装置。

背景技术：

目前，光电雷达周视成像过程中，传感器像素收集光线同时进行一段时间的曝光，曝光后，传感器将接收到的光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过电信号处理等手段，最终将曝光图像转成电子图像。

而光电雷达随着转台在快速周转过程中，场景相对于面阵探测器也在周转，在无任何补偿措施的情况下，场景图像无法在探测器的积分时间内保持相对静止，使得系统无法清晰成像，采集图像模糊，极大地影响了成像的质量，进而造成目标难以识别或无法提取，使得难以对环境进行观察。

此外，传感器上每个像元接收目标辐射的时间很短，会造成积分时间与传感器上的图像移动速度不匹配而产生像移，引起目标拖尾，导致目标方位的指示精度不高，从而导致图像模糊不清晰，灰度失真，对比度和分辨率下降等问题。

因此亟需开发出一种光电周扫成像系统以实现更强的探测性能及更高的探测精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光电周视成像系统的补偿成像方法及装置，通过光学扫描补偿，可以保证积分时间，实现对光电周视成像系统的补偿，从而提高成像的清晰度。其具体方案如下：

一种光电周视成像系统的补偿成像方法，包括步骤一，光电周视扫描仪启动进行周视扫描，步骤二，设置曝光时序，卷帘传感器按照曝光时序，逐行顺序曝光，步骤三，设置补偿时序，所述补偿时序与曝光时序成比例等周期匹配，光学扫描补偿器按照补偿时序，在卷帘传感器曝光的同时进行光学扫描补偿，步骤四，读取补偿后的曝光数据，将曝光数据转成电子图像，并对电子图像进行处理。

进一步地，所述曝光时序中，t＝tint+ti，其中t为单元成像时长，tint为单元曝光时长，ti单元积分时长，每一行均按照单元成像时长t等周期重复曝光以形成连续的多帧图像，下一行起始曝光时刻晚于上一行起始曝光时刻，相邻两行起始曝光时刻时差为δ。

进一步地，所述每一行之间起始曝光时刻间隔的时差之和n×δ＝t单元成像时长，第n行曝光经过时间δ后，第一行开始下一单元成像时长周期的曝光。

进一步地，所述光学扫描补偿器往复运动，在光学扫描补偿器运动过程中的正程进行光学补偿，正程运动时间内，卷帘传感器完成曝光，回程运动时间内光学扫描补偿器回归原位。

进一步地，所述光学扫描补偿器的正程运动时间为第一行起始曝光时刻t1至第n行的第一个单元曝光时长结束，光学扫描补偿器的回程运动时间为第n行的第一个单元曝光时长结束至第x个单元成像时长开始时刻tx，正程和回程的运动时间成比例设置，正程和回程的运动时间之和为x个单元成像时长，5≥x≥3。

进一步地，所述正程和回程的运动时间比为2:1，所述正程和回程的运动时间之和为4个单元成像时长，光学扫描补偿器按照t1→t4的扫描曲线周期往复运动。

进一步地，所述正程和回程的运动时间比为1:1，所述正程和回程的运动时间之和为3个或者5个单元成像时长，光学扫描补偿器按照t1→t3或者t1→t5的扫描曲线周期往复运动。

此外，本发明还进一步提供一种光电周视成像系统的补偿成像装置，包括光电周视扫描仪、卷帘传感器、曝光控制器、光学扫描补偿器、信号处理器，所述光电周视扫描仪进行周视扫描，曝光控制器控制曝光时序，并使卷帘传感器按照曝光时序，逐行顺序曝光，补偿器按照补偿时序，在卷帘传感器曝光的同时进行光学扫描补偿，信号处理器对补偿后的曝光数据进行电子化转换并图像处理。

进一步地，所述曝光时序中，设置t＝tint+ti，其中t为单元成像时长，tint为单元曝光时长，ti单元积分时长，每一行均按照单元成像时长t等周期重复曝光以形成连续的多帧图像，下一行起始曝光时刻晚于上一行起始曝光时刻，相邻两行起始曝光时刻时差为δ。

进一步地，所述光学扫描补偿器的补偿时序与曝光时序成比例等周期匹配，具体地，设置第一行起始曝光时刻t1至第n行的第一个单元曝光时长结束为光学扫描补偿器的正程运动时间，第n行的第一个单元曝光时长结束至第x个单元成像时长开始时刻tx为光学扫描补偿器的回程运动时间，正程和回程的运动时间成比例设置，正程和回程的运动时间之和为x个单元成像时长，5≥x≥3。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过多种光学扫描补偿器工作模式的设置，解决了传感器在光电周视成像系统应用中存在的成像“拖尾”等制约性问题，大幅度提高了光电周视成像的核心指标，具有清晰的成像效果；同时光学扫描补偿器的运动过程能够和卷帘传感器的时序完美匹配，高效实现光电周视设备的快速扫描成像。

2、目标物体发出的光线经过光学扫描补偿器补偿后进入卷帘传感器，光学扫描补偿器在控制单元生成的控制信号的作用下与转台以不同的速度和方向转动，使光电周视成像系统持续收到目标物体发出的光线。光学扫描补偿器结构简单有效，光电周视成像系统整体光路设置简便，能够有效延长目标物体光线在卷帘传感器上的驻留时间，使光电周视成像系统有足够长的积分时间以成清晰的图像。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

附图1是本发明卷帘传感器运动示意图；

附图2是本发明光电周视成像系统的流程示意图；

附图3是本发明卷帘传感器曝光时序示意图；

附图4是本发明卷帘传感器一种补偿时序示意图；

附图5是本发明卷帘传感器另一种补偿时序示意图；

附图6是本发明卷帘传感器再一种补偿时序示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

光电雷达周视成像过程中，全局曝光和卷帘曝光是常见的传感器曝光方式。全局曝光是指传感器所有像素同时收集光线，同时曝光。当预设的曝光时间到了，传感器停止收集光线，并将曝光图像转成电子图像。

与全局曝光不同，卷帘曝光是顺序曝光，如图1所示，卷帘传感器的运动模式为先对卷帘移动过程中的某一位置进行曝光，再对卷帘移动过程中的下一位置进行曝光，直至卷帘传感器移动完毕。

卷帘曝光通常采取逐行曝光方式，包括从第一行开始曝光，一个行周期之后第二行才开始曝光，依次类推，经过n-1行后第n行开始曝光。

第一行曝光结束后开始读出数据，读出一行需要一行周期时间(含行消隐时间)。至第一行完全读出后，第二行刚好开始读出，依次类推，当第n-1行读完后，第n行开始读出，直到整幅图像完全读出。

针对光电周视成像过程中，在光电周视系统成像的全周期内，场景图像无法在探测器的积分时间内保持相对静止，使得系统无法清晰成像的技术问题，本发明提供了一种具有补偿功能的光电周视扫描成像系统的补偿成像方法及装置，利用光学补偿原理对转台转动量实施补偿，使得设备能够在快速搜索过程中清晰成像。

本领域技术人员可以理解的是，利用光学补偿原理实施补偿包括在光学系统前端配置高速摆镜以实现在探测器积分时间内采集的空域不变，从而保持观测视场不变以解决由于转动带来的成像“拖尾”问题。

下面参照图2描述本发明实施例提供的一种光电周视成像系统的补偿成像方法。如图2所示，该补偿成像方法，包括步骤一，光电周视扫描仪启动进行周视扫描，步骤二，设置曝光时序，卷帘传感器按照曝光时序，逐行顺序曝光，步骤三，设置补偿时序，所述补偿时序与曝光时序成比例等周期匹配，光学扫描补偿器按照补偿时序，在卷帘传感器曝光的同时进行光学扫描补偿，步骤四，读取补偿后的曝光数据，将曝光数据转成电子图像，并对电子图像进行处理。

进一步地，为进一步提高光电周视成像系统的成像效果，在图2所示的上述实施例的基础上，本发明继续提供另一种改进的实施例，其中，图3示出了本发明的这种改进。

如图3所示，所述曝光时序中，设置t＝tint+ti，其中t为单元成像时长，tint为单元曝光时长，ti单元积分时长，每一行均按照单元成像时长t等周期重复曝光以形成连续的多帧图像，下一行起始曝光时刻晚于上一行起始曝光时刻，相邻两行起始曝光时刻时差为δ。

本领域技术人员可以理解的是，设置第一行在t1时刻开始曝光，经过时间δ后，则第二行开始曝光，第二行曝光时刻为t1+δ，以此类推，第n行曝光时刻为t1+(n-1)δ。

优选地，各行之间起始曝光时刻间隔的时差之和n×δ＝t单元成像时长，第n行曝光经过时间δ后，第一行开始下一周期的曝光，从而实现各行之间的同频率曝光，有利于图像数据的读取与处理。

本领域技术人员可以理解的是，各行之间起始曝光时刻间隔的时差之和不等于单元成像时长t，通过设置特定时点的采集频率也可实现曝光数据的读取，在此不再赘述。

进一步地，在图3所示的上述实施例的基础上，本发明继续提供补偿时序改进的实施例，其中，图4-6示出了本发明的改进。

本领域技术人员可以理解的是，光学扫描补偿器是往复运动的，包括正程和回程，卷帘传感器在成像的全周期内是连续工作的，本实施例采用的是在光学扫描补偿器运动过程中的正程进行光学补偿，正程运动时间内，卷帘传感器完成曝光，回程运动时间内光学扫描补偿器回归原位。

进一步地，设置第一行起始曝光时刻t1至第n行的第一个单元曝光时长结束为光学扫描补偿器的正程运动时间，第n行的第一个单元曝光时长结束至第x个单元成像时长开始时刻tx为光学扫描补偿器的回程运动时间，正程和回程的运动时间成比例设置，正程和回程的运动时间之和为x个单元成像时长，5≥x≥3。

如图4所示，转台转动过程中，为了保持观测视场不变，设定t1时刻至t1+(n-1)δ+tint时刻是光学扫描补偿器的正程，在这段时间中，卷帘传感器完成曝光工作，接收场景图像；在t1+(n-1)δ+tint时刻至t4时刻是光学扫描补偿器的回程，在这段时间中，光学扫描补偿器回归原位，正程和回程的运动时间比为2:1。光学扫描补偿器的扫描曲线周期为t1→t4→t7→t10…，光学扫描补偿器按照此周期不断往复运动。

进一步地，本发明继续提供另一种补偿时序改进的实施例，其中，图5示出了本发明的这种改进。

如图5所示，转台转动过程中，为了保持观测视场不变，设定t1时刻至t1+(n-1)δ+tint时刻是光学扫描补偿器的正程，在这段时间中，卷帘传感器完成曝光工作，接收场景图像；在t1+(n-1)δ+tint时刻至t5时刻是光学扫描补偿器的回程，在这段时间中，光学扫描补偿器会回归原位，正程和回程的运动时间比为1:1。光学扫描补偿器的扫描曲线周期为t1→t5→t9→t13…，即光学扫描补偿器按照此周期不断往复运动。

进一步地，本发明继续提供另一种补偿时序改进的实施例，其中，图6示出了本发明的这种改进。

转台转动过程中，为了保持观测视场不变，设定t1时刻至t1+(n-1)δ+tint时刻是光学扫描补偿器的正程，在这段时间中，卷帘传感器完成曝光工作，接收场景图像；在t1+(n-1)δ+tint时刻至t3时刻是光学扫描补偿器的回程，在这段时间中，光学扫描补偿器会回归原位，正程和回程的运动时间比为1:1。光学扫描补偿器的扫描曲线周期为t1→t3→t5→t7…，即光学扫描补偿器按照此周期不断往复运动。

本领域技术人员可以理解的是，设置不同的正程运动时间和回程运动时间比例，光学扫描补偿器在正程与回程速度、运动状态均不同，可根据光学扫描补偿器的参数优选设置。

此外，正程和回程的运动时间之和，也与光电周视成像系统曝光频率相关，可根据光电周视成像系统的传感器参数、系统时钟参数等优选设置。

进一步地，所述光学扫描进行周期性往复补偿。

进一步地，所述光学扫描补偿器为回扫反射摆镜或者高速光学扫描摆镜。

本领域技术人员可以理解的是，本发明也可采用在光学扫描补偿器运动过程中的回程进行光学补偿，但需要保持目标物体发出的光线在特定时间内相对固定的入射到传感器上，从而完成清晰成像，在此不再赘述。

此外，本发明还提供一种光电周视成像系统的补偿成像装置。该补偿成像装置，包括光电周视扫描仪、卷帘传感器、曝光控制器、光学扫描补偿器、信号处理器，所述光电周视扫描仪进行周视扫描，曝光控制器控制曝光时序，并使卷帘传感器按照曝光时序，逐行顺序曝光，补偿器按照补偿时序，在卷帘传感器曝光的同时进行光学扫描补偿，信号处理器对补偿后的曝光数据进行电子化转换并图像处理。

进一步地，所述曝光时序中，设置t＝tint+ti，其中t为单元成像时长，tint为单元曝光时长，ti单元积分时长，每一行均按照单元成像时长t等周期重复曝光以形成连续的多帧图像，下一行起始曝光时刻晚于上一行起始曝光时刻，相邻两行起始曝光时刻时差为δ。

进一步地，为进一步提高光电周视成像系统的成像效果，设置补偿器的补偿时序与曝光时序成比例等周期匹配，具体地，设置第一行起始曝光时刻t1至第n行的第一个单元曝光时长结束为光学扫描补偿器的正程运动时间，第n行的第一个单元曝光时长结束至第x个单元成像时长开始时刻tx为光学扫描补偿器的回程运动时间，正程和回程的运动时间成比例设置，正程和回程的运动时间之和为x个单元成像时长，5≥x≥3。

需要说明的是，在本文中，关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。