一种像增强型CMOS相机成像的优化方法

本发明涉及一种像增强型cmos相机，具体涉及一种像增强型cmos相机成像的优化方法。

背景技术：

1、像增强型cmos相机是由像增强器与cmos相机耦合组成的一种用于弱光目标成像的高灵敏度相机。常规的二代像增强器一般由阴极、微通道板mcp和荧光屏组成，阴极完成光电转换后，通过微通道板mcp将光电子加速、倍增后输出到荧光屏上进行成像，而后端的cmos相机用于将荧光屏上的图像进行读出和存储。由于荧光粉都具有余辉特性，即电子轰击结束后，荧光屏的发光不会立即消失，而是有一个逐渐减弱的过程。因此，使用像增强器时，一般在阴极加一个选通开关，需要曝光成像时，才开启阴极选通。

2、cmos图像传感器的曝光方式一般分卷帘曝光和全局曝光两种，卷帘曝光的cmos图像传感器成本较低，但会导致各行的曝光时间不一致，拍摄高速运动物体时会有明显的拖影等失真问题。全局曝光的cmos图像传感器，各行的曝光时间完全一致，但是cmos图像传感器像元中需要额外增加一个二极管开关和存储电容，导致cmos传感器的像素减小，并且全局曝光cmos图像传感器的成本较高，民用级较少。另外，高清晰度的成像，需要cmos图像传感器具有较高的像素，意味着像元尺寸需要尽量小，这样就会导致cmos图像传感器的满阱电荷较低，探测上限较小，使得整个像增强型cmos相机的动态范围较小。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决像增强型cmos相机卷帘曝光时各行的曝光时间不一致导致图像失真，以及高像素cmos图像传感器探测上限较小的技术问题，提供一种像增强型cmos相机成像的优化方法，达到高质量的成像效果。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

3、一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

4、1)在像增强型cmos相机前端的像增强器完成图像增强后，后端的cmos相机采用卷帘曝光方式进行曝光和数据读出；

5、2)利用像增强器的荧光屏自身余辉特性，根据余辉衰减曲线，计算出卷帘曝光时各个时刻对应的衰减系数k，其第一行曝光的时间点即为余辉衰减曲线的0时刻；衰减系数k由荧光屏选用的荧光粉决定，一种荧光粉各个时刻对应的衰减系数k为固定值；

6、3)利用衰减系数k和每行的曝光延时，计算各行在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值；修正后，使各行的光强值都为处于同一时刻的真实光强值，然后同步成像。

7、进一步地，步骤1)具体为：

8、a)进行第一次曝光和数据读出；

9、b)调整第二次曝光的时间参数，进行第二次曝光和数据读出。

10、进一步地，步骤1)还可以具体为：

11、a)进行第一次曝光和数据读出；

12、b)在第一次曝光和数据读出完成后，进行光强判断，若光强未超过cmos图像传感器探测上限，则进行下一帧操作，若光强超过cmos图像传感器探测上限，则执行步骤c)；

13、c)调整第二次曝光的时间参数，进行第二次曝光和数据读出，然后进行下一帧操作。

14、进一步地，步骤c)中，所述调整第二次曝光的时间参数，是指增大曝光延时和或曝光时间长度。

15、进一步地，步骤3)中，计算各行在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值采用以下公式：

16、qn＝wn/k(n-1)

17、其中，n为卷帘曝光时具体曝光所处行，n≥2；qn为第n行在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值；wn为第n行实际采集到的光强值；k(n-1)为第n行的衰减系数，第一行的真实光强值为实际采集到的光强值。

18、一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

19、1)在像增强型cmos相机前端的像增强器完成图像增强后，后端的cmos相机采用全局曝光方式进行第一次曝光和数据读出；然后关闭快门，延时t时间后，进行第二次曝光；

20、2)利用像增强器的荧光屏自身余辉特性，根据余辉衰减曲线，计算出卷帘曝光时各个时刻对应的衰减系数k；衰减系数k由荧光屏选用的荧光粉决定，一种荧光粉各个时刻对应的衰减系数k为固定值；

21、3)利用衰减系数k第二次曝光延时t，计算在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值，使各行的光强值都为处于同一时刻的真实光强值，然后同步成像。

22、进一步地，步骤1)具体为：

23、a)进行第一次曝光和数据读出；

24、b)调整第二次曝光的时间参数，进行第二次曝光和数据读出。

25、进一步地，步骤1)具体为：

26、a)进行第一次曝光和数据读出；

27、b)在第一次曝光和数据读出完成后，进行光强判断，若光强未超过cmos图像传感器探测上限，则进行下一帧操作，若光强超过cmos图像传感器探测上限，则执行步骤c)；

28、c)调整第二次曝光的时间参数，进行第二次曝光和数据读出。

29、进一步地，步骤c)中，所述调整第二次曝光的时间参数，是指增大曝光延时和/或曝光时间长度。

30、进一步地，步骤3)中，计算各行在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值采用以下公式：

31、qt＝wt/kt

32、其中，qt为第二次曝光在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值；t为第二次曝光实际采集到的光强值；kt为第二次曝光时的衰减系数

33、本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

34、1、本发明所提供的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，在像增强型cmos相机进行卷帘曝光时，通过荧光屏自身的余辉特性，获得各行同一时刻的真实光强值，完成同步成像，消除了卷帘曝光各行曝光时间不一致导致的图像失真问题，提高成像质量。

35、2、本发明所提供的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，通过二次曝光的方式提升了cmos图像传感器的探测上限，扩展了像增强型cmos相机的动态范围，优化了成像质量。

技术特征：

1.一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

4.根据权利要求2或3所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

5.根据权利要求1或2或3所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

6.一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

9.根据权利要求7或8所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

10.根据权利要求6或7或8所述的一种像增强型cmos相机成像的优化方法，其特征在于：

技术总结
本发明提供一种像增强型CMOS相机成像的优化方法，目的是解决像增强型CMOS相机卷帘曝光时各行的曝光时间不一致导致图像失真的技术问题。该方法的具体步骤为：1)在像增强型CMOS相机前端的像增强器完成图像增强后，后端的CMOS相机采用卷帘曝光方式进行曝光和数据读出；2)利用像增强器的荧光屏自身余辉特性，根据余辉衰减曲线，计算出卷帘曝光时各个时刻对应的衰减系数k，其第一行曝光的时间点即为余辉衰减曲线的0时刻；衰减系数k由荧光屏选用的荧光粉决定；3)利用衰减系数k和每行的曝光延时，计算各行在余辉衰减曲线0时刻的真实光强值；修正后，使各行的光强值都为处于同一时刻的真实光强值，然后同步成像。

技术研发人员：梁晓祯,高佳锐,曹伟伟,白永林,吕林蔚,石大莲,李然,秦君军
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13