1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
调制传递函数（MTF）是遥感相机的重要评价指标，但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限，为了深入研究其像质下降机理，结合数字域TDI CMOS成像原理，建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明：传感器的有效像元区域分布会影响图像MTF，且开口率越小影响越大；CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降，卷帘速度越慢影响越严重，其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时，对应的图像MTF从0.191下降为0.177；曝光时间越短则MTF越高，尤其当存在低频像移失配时更为明显，曝光时间从180 μs减小为100 μs时，图像MTF从0.126提高为0.155，但同时也会影响图像信噪比，因此在实际应用中应合理选择曝光时间。
时间延迟积分 图像传感器 卷帘快门 调制传递函数 像移 TDI image sensor rolling shutter MTF image motion
1 厦门大学电子科学与技术学院，福建 厦门 361005
2 西京学院信息工程学院，陕西 西安 710123
3 厦门大学信息学院，福建 厦门 361005
基于激光散斑的微振动探测技术具有非接触、系统简单、隐蔽性好、灵敏度高、探测距离远等优点，在医疗、航空、市政、安防、**等各个领域都有广泛应用需求。按照探测体制的发展顺序，从高速面阵相机、光电二极管、线阵相机、卷帘快门相机四个方面综述了激光散斑微振动探测技术的研究进展，讨论了不同体制的优缺点，总结了所采用的振动信号提取方法，并对该技术的未来发展进行了展望。
机器视觉 激光散斑 微振动探测 高速面阵相机 光电二极管 线阵相机 卷帘快门相机 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415005
1 北京市遥感信息研究所, 北京 100192
2 上海微小卫星工程中心, 上海 201210
3 中国科学院微小卫星创新研究院, 上海 201210
4 中国科学院微小卫星重点实验室, 上海 201210
星上运动部组件所引起的颤振是当前影响超高分辨率、超高机动成像质量的一个重要因素。针对该信号难以被精确业务化检测识别的问题,提出一种基于卷帘快门CMOS成像的空间相机颤振检测方法,进一步采用高频角位移与高精度参考的数字正摄影像/数字高程模型(DOM/DEM)数据进行效果验证与评价。对2020年发射的某高分型号卫星进行了分析,分析结果表明所设计的检测方法可以有效识别空间相机成像过程中的颤振特性,颤振频率主要集中在156 Hz左右,补偿后的全色影像相对几何精度可提升1.2 pixel左右。
遥感 超高分辨率卫星 卷帘快门CMOS 颤振检测 高频角位移 分时成像
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
本文研究了卷帘快门式CMOS成像器件在拍摄星图时引入的快门效应。根据卷帘快门CMOS图像传感器的成像原理和特点, 分析了星图中由于快门效应导致的星点变化情况，对该成像方式引入的图像变形，提出了一种像移补偿方法。该方法在已知星图拍摄帧频、CMOS图形传感器相邻行曝光时间间隔的基础上，通过对相邻星图中的星点进行目标提取、质心计算以及星点质心匹配等操作，完成景物在像面上像移速度的计算，最后结合该速度值和CMOS图像传感器的行曝光时间间隔，计算星点质心在单帧星图中的像移，逆向补偿。通过实际拍摄的星图对算法的效果进行测试，实验结果表明，利用补偿后的星图解算姿态数据时，其中非机动模式下与两个星敏的夹角误差可达到0.5″以内，机动模式下与两个星敏的夹角误差也可达到0.6″左右，不仅明显优于补偿前，且精度高于很多目前主流的星敏感器。该实验结果不仅证明了算法的有效性，而且在一定程度上推广了卷帘快门式CMOS 相机在航空航天领域的应用。
CMOS图像传感器 卷帘快门 星图 星点提取 星点匹配 CMOS image sensor rolling shutter star map star extraction star point matching
基于互补氧化物半导体(CMOS)相机卷帘快门效应的可见光通信系统比特速率越高, 拍摄的图片中每个比特对应的像素列数越少, 且像素灰度值波动加剧, 严重影响数据解调性能。针对这一问题, 文章提出采用全局和局部两个动态阈值判决结合分段降采样的解调算法, 首先由图片中全部待解调列的灰度值拟合得到全局动态阈值, 判决后检测出所有数据帧头位置, 然后根据各帧对应列的灰度值分别拟合出局部阈值, 最后对各帧判决结果分段降采样恢复原始比特序列。实验结果表明, 当相机卷帘快门的列扫描频率为103.68 kHz时, 能正确解调的最小比特分辨率为2.962, 对应的最大比特速率和有效数据速率分别为35和10.8 kbit/s。
可见光通信 卷帘快门 动态阈值 降采样 visible light communication rolling shutter dynamic threshold downsampling
1 中国科学院 紫金山天文台, 江苏 南京 210008
2 中国科学院 空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
4 中国科学院大学 北京 100049
5 北京师范大学附属实验中学, 北京 100032
同每个像素曝光开始及结束时间相同的传统科学级CCD相机相比, 近年来出现的卷帘快门(rolling shutter) sCMOS相机工作时每个像素的曝光开始及结束时间不同, 曝光时间相同, 因此需要评估sCMOS相机像素之间曝光开始及结束时间不同对空间碎片测量精度的影响。首先测试了卷帘快门sCMOS相机的工作时序和最大延迟时间, 并得出曝光不同步的改正公式, 再以激光卫星为目标, 测试了两种典型观测模式下空间碎片的天文定位精度, 并对应用曝光不同步改正前后结果进行对比。测试结果表明sCMOS相机卷帘快门的工作时序与理论一致, 边缘曝光延迟最大10 ms; 实测表明恒星位置内符合精度优于2 arcsec, 目标天文定位精度优于3 arcsec。sCMOS相机能够用于空间碎片观测, 能够实现较高的位置测量精度。
卷帘快门 空间碎片 天文定位 sCMOS sCMOS rolling shutter space debris astronomical positioning
采用机器视觉测量轮的转速具有高效、直观的特点。采用高帧速相机测量高转速会导致相机数据量激增。为了解决数据量过大的问题，提出了一种采用低速电子卷帘快门相机测量轮子转速的方法。低速电子卷帘快门相机采集相对高速转轮的图像时，卷帘快门会引起轮图像的几何畸变。利用这些畸变图像中的信息，可以求解出对应的转速，实现利用低速相机测量轮的相对高速转动的目的。为了揭示转动速度和图像畸变之间的关系，建立了旋转仿真模型，并在模型中验证了求解方法的有效性。为了解决空间中的轮被单目相机拍摄产生的二义性，提出结合轮的转速来消除二义性的方法。最后进行了验证实验，实验结果表明，采用低速电子卷帘快门相机能够测量高于相机帧速的转速，并且相对误差小于4%。
测量 仪器仪表 转速测量 图像处理 电子卷帘快门 激光与光电子学进展
2018, 55(7): 071202
大连海事大学 信息科学技术学院, 辽宁 大连 116026
由于室内环境的特殊性, 传统定位技术在室内的应用受到诸多限制。针对室内定位问题, 提出了一种基于智能手机的可见光室内定位方案。该方案利用室内LED(发光二极管)照明光源作为定位信标, 通过智能手机内置摄像头的卷帘快门工作方式, 接收LED照明光源发出的可见光调制信号, 结合手机应用软件内的图像处理算法提取信标信息, 从而实现智能手机可见光定位功能。实验结果验证了该方案的可行性及有效性。
可见光通信 智能手机 信标定位 卷帘快门 visible light communication Smartphone beacon positioning rolling shutter
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为了获取空间相机在轨摄像期间的振动幅频特性，提出了一种基于卷帘快门面阵CMOS自相关成像的空间相机振动参数检测方法。基于卷帘式快门CMOS成像原理，对同一景物连续拍摄，得到一组具有相关性的图像序列，通过灰度投影算法对所成图像进行比对求取相对偏移量，拟合偏移量数据，进而根据拟合结果计算出空间相机的振动参数。验证实验显示，二维振动的周期检测相对误差不超过2%，振幅检测绝对误差不超过1 pixel。实验结果表明，该方法能够利用低帧频图像序列检测高频振动，大幅度降低了检测算法的数据传输及处理压力，为检测算法的星上嵌入式实现提供了可能，在推扫相机和凝视相机上均有较好的应用。
卷帘快门CMOS 自相关成像 振动参数 灰度投影 拟合 CMOS of roller shutter self-correlation imaging vibration parameter gray projection fitting
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春, 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了消除CMOS航空相机高速成像时存在的卷帘快门(RS)效应对成像质量的影响, 建立了在任意姿态角下计算CMOS相机RS效应的数学模型。通过分析CMOS成像原理, 利用坐标变换法求得像面上任意像素点的速度。在分析卷帘快门原理的基础上推导出了RS效应的解析式。利用蒙特卡洛统计方法分析模型精度, 对模型关键参数进行了仿真实验, 并讨论了帧间延迟和姿态角对RS效应的影响。实验结果显示: 在高度测量误差小于0.09 km, 速度测量误差小于0.3 km/h, 姿态角测量误差小于0.02°时, 该模型的精度在1/3个像元以内。得到的结果证明了本文模型的有效性。该模型可作为定量分析大面阵CMOS相机RS效应的理论依据, 对CMOS传感器在航空相机领域的应用有指导作用。
CMOS航空相机 成像系统 卷帘快门(RS)效应 误差分析 飞行器姿态 姿态角 CMOS aerial camera imaging system Rolling Shutter(RS) effect error analysis aircraft attitude gesture angle
