深入剖析多次曝光阶段的影响

MX方法实现了基于CMOS面阵扫描成像传感器^[364,67,365]的高速线扫描摄像机。MX算法将积累的光电荷从CCD-TDI成像传感器转换到了数字域。因此,用CMOS面阵成像传感器得到的图像数据就应该传输到FPGA中。对于彩色成像,使用了Bayer滤波器矩阵^[51]。典型的Bayer模板中,绿、红像素在偶数行,蓝、绿像素在奇数行。

图7.5为六幅顺序取得的局部区域图像（t₁～t₆时刻）。被检测的物体是打印在一张纸上的字母A,从左向右移动。在两幅连续图像之间,纸张正好移动一个传感器行高度的距离。

图7.5 MX方法的原理（本例表明,基于移动目标在t₁～t₆时刻的六幅彩色图像,如何计算出单像素的RGB颜色,并输出一个完整行）(www.xing528.com)

图7.5说明了A的每个像素点都被扫描了六次（源自图像传感器六行的输出）。在Bayer模板中,目标的每个点由BG行和GR行各自采样三次。最终,把每个点的三个对应像素值相加即可。由于G在每个像素列都存在,所有的绿色像素都可以被成像传感器获取,而B/R只存在于偶/奇列。缺失的B/R像素必须插值。这种插值算法也被称为彩色滤波阵列去马赛克算法^[354]。

每秒的累加运算量等于从图像传感器读取的像素数。例如,一个摄像机工作在82kHz,传感器有四行,每行2352像素（两次累加）,进行14bit宽的累加,总次数是771×10⁶（82kHz·4行/图像·2352像素/行）。

MX方法可以应用于任何的CMOS面阵扫描成像传感器。对于有全局式快门的传感器,其工作原理与CCD-TDI的一致。但是,当考虑滚动快门时,传感器的各行不是同时曝光的。更确切地说,每行的电荷积累开始于不同的时间点,导致了行间存在微小的不同步。因此,获得的平面图像将在传输方向呈现微小的压缩或扩张,取决于物体的传输速度和读取速度间的关系。为了补偿这种压缩或扩展,用于精确同步的行频f_T必须由因子（N±1）/N调节。N表示激活的可累加的行数,+或-取决于读取方向和传输方向的关系。