CN103913295B - 一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源及检测方法，包括：显示模块（1）、计算模块（2）、存储模块（3）、定时器（4）以及控制模块（5）；其中，计算模块（2）计算图像像素点运动的速度与像素点转移周期，所得到的计算结果输入所述定时器（4）；所述定时器（4）根据时钟周期计数与像素点转移周期决定是否刷新，若刷新，向所述控制模块（5）发送刷新命令；所述控制模块（5）在刷新时，将在所述存储模块（3）中所存储的预置目标图像在所述显示模块（1）上显示。

Description

一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源及检测方法

技术领域

本发明涉及光电成像技术领域，特别涉及一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源及检测方法。

背景技术

时间延迟积分（TDI）是一种利用信号同步转移增加运动目标信号累积时间，以获取清晰图像的技术。该种技术在CCD和CMOS探测器件中得到实施，近年开始应用于空间探测和航天遥感中。

成像载荷是指搭载在航天器上的成像装置，其研制具有高投入、高风险的特点，在地面必须经过严格的实验检测。时间延迟积分成像载荷也不例外，通常需要使其对运动目标光源进行成像，以检测该成像载荷的性能指标。现有技术中，在对时间延迟积分成像载荷进行检测时所要用到的目标光源的运动均由机械部件转动完成，即通过转动来模拟目标的平移，与真实平移运动不完全相同，而且要求有很高的控制精度，目标光源内容更换、运动速度和运动方向控制也较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中用于成像载荷检测的面光源所具有的内容更换不易、运动速度和运动方向控制复杂等缺陷，从而提供一种控制精度高、实现简单的用于时间延迟积分成像的面光源。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，包括：显示模块1、计算模块2、存储模块3、定时器4以及控制模块5；其中，

所述的计算模块2计算图像像素点运动的速度与像素点转移周期，所得到的计算结果输入所述定时器4；所述定时器4根据时钟周期计数与像素点转移周期决定是否刷新，若刷新，向所述控制模块5发送刷新命令；所述控制模块5在刷新时，将在所述存储模块3中所存储的预置目标图像在所述显示模块1上显示。

上述技术方案中，所述显示模块1用于显示图像，所述图像在显示屏幕上的平移运动用于模拟在轨运行时目标物体与时间延迟积分成像载荷之间的相对运动。

上述技术方案中，所述显示模块1采用显示器或投影仪实现。

上述技术方案中，所述计算模块2用于计算图像像素点运动的速度Vv和Vh，以及图像像素点转移周期Nv和Nh；其中的v和h分别表示垂直和水平；其中，

Vv和Vh计算公式如下：

$V_v=\frac{V_{v0}\×L}{L_0}$

$V_h=\frac{V_{h0}\×L}{L_0}$

其中，L₀为在轨运行时的目标光源与在轨道上运行的时间延迟积分成像载荷之间的距离；V_v0和V_h0为目标光源与时间延迟积分成像载荷的相对运动速度；L为检测时用于模拟目标光源的显示器与时间延迟积分成像载荷之间距离；

Nv和Nh的计算公式如下：

$N_v=\frac{s}{V_v\×T}$

$N_h=\frac{s}{V_h\×T}$

其中，s为显示模块1中显示屏幕上像素点之间的距离，T为计算机的CPU时钟周期。

上述技术方案中，所述存储模块3包括两个缓存单元，分别对应当前缓存和后台缓存；所述当前缓存用于存储所述显示模块1当前要显示的目标图像，所述后台缓存用于存储所述显示模块1所要显示的预置目标图像。

上述技术方案中，所述定时器4将时钟周期计数与像素点转移周期Nv或Nh进行比较，若时钟周期计数≥Nv或Nh，则刷新的触发条件被满足，所述定时器4向控制模块5发出相应的控制命令。

上述技术方案中，所述控制模块5在做第M×N次刷新时，将所述后台缓存中所存储的目标图像的第“M，N”至第“M+H-1，N+V-1”个像素点拷贝到当前缓存中，并将时钟周期计数器清零；其中的M和N分别为行和列的触发次数，H和V分别为与显示模块1的分辨率有关的行、列像素点的个数。

上述技术方案中，在做第M×N次刷新时，所述定时器4在满足“CPU时钟周期计数≥M×Nv或N×Nh”后向所述控制模块5发出相应的控制命令，所述控制模块5将所述后台缓存中所存储的目标图像拷贝到当前缓存后不再将CPU时钟周期计数器清零。

上述技术方案中，所述控制模块5还包括：在刷新周期性的目标图像时，将所述周期性的目标图像预置在所述后台缓存中，然后在将所述周期性的目标图像中的像素点从后台缓存拷贝到前台缓存中时，通过对显示模块1分辨率取模计算M、N的数值。

上述技术方案中，所述计算模块2、存储模块3、定时器4以及控制模块5均在一计算机上实现。

本发明还提供了基于所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源所实现的检测方法，该方法包括：

步骤1）、获取时间延迟积分成像载荷至显示模块1屏幕的距离L；

步骤2）、计算图像垂直和水平方向的运动速度Vv和Vh；

步骤3）、获取显示模块1屏幕的点距以及CPU时钟周期值；

步骤4）、计算像素点转移周期Nv和Nh；

步骤5）、建立当前缓存与后台缓存；

步骤6）、在后台缓存中预置目标图像；

步骤7）、设定定时器；

步骤8）、在定时器的控制下将后台缓存中所存储的目标图像的第“M，N”至第“M+H-1，N+V-1”个像素点拷贝到当前缓存中；

步骤9）、刷新显示模块1的屏幕，然后重新执行步骤8），直至完成检测。

本发明的优点在于：

1、本发明的面光源的图像内容、运动速度和方向都灵活可控；

2、本发明的面光源利用计算机CPU的时钟作为定时器参考，精度较高；

3、本发明的面光源采用双缓存显示可以避免图像闪烁；而且随着计算机和显示器相关技术的发展，控制精度将会越来越高，实现过程也将越来越简便。

附图说明

图1是本发明的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源的结构示意图；

图2是本发明的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源的应用场景示意图；

图3是利用本发明的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源实现检测的流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

参考图1，本发明的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源包括：显示模块1、计算模块2、存储模块3、定时器4以及控制模块5；其中，所述计算模块2、存储模块3、定时器4以及控制模块5均在一计算机上实现；所述的计算模块2计算图像像素点运动的速度与像素点转移周期，所得到的计算结果输入所述定时器4；所述定时器4在时钟周期计数满足刷新条件后向所述控制模块5发送命令；所述控制模块5将在所述存储模块3中所存储的预置目标图像在所述显示模块1上刷新。

下面对该面光源中的各个模块做进一步的说明。

所述显示模块1用于显示图像。所述显示模块1所显示的图像在显示模块1的屏幕上平移运动，以模拟在轨运行时目标物体与时间延迟积分成像载荷之间的相对运动。在本实施例中，该模块可采用显示器实现，在另一个实施例中，该模块也可采用投影仪实现。

所述计算模块2用于计算图像像素点运动的速度Vv和Vh（v和h分别表示垂直和水平），以及图像像素点转移周期Nv和Nh（表示每多少个CPU周期图像像素点转移一次）。在实现上述计算前，需要预先获取相关的参数，包括：时间延迟积分成像载荷至显示器屏幕的距离L、显示器中像素点之间的距离s、显示器分辨率（H×V）、计算机CPU时钟周期T。

图像像素点运动的速度Vv和Vh可依据在轨运行时目标光源的相对运动速度简单等比例计算得到。

例如，假设真实在轨运行时的目标光源（如地面上的某个物体）与在轨道上运行的时间延迟积分成像载荷之间的距离为L₀（km量级），二者的相对运动速度为V_v0和V_h0，实验室检测时用于模拟目标光源的显示器与时间延迟积分成像载荷之间距离为L（m量级），则Vv和Vh可由下面的公式计算：

$V_v=\frac{V_{v0}\×L}{L_0}$

$V_h=\frac{V_{h0}\×L}{L_0}$

图像像素点转移周期Nv和Nh的计算公式如下：

$N_v=\frac{s}{V_v\×T}$

$N_h=\frac{s}{V_h\×T}$

所述存储模块3包括两个缓存单元，分别对应当前缓存和后台缓存。所述当前缓存用于存储显示模块1当前要显示的目标图像，所述后台缓存用于存储显示模块1所要显示的预置目标图像。采用双缓存能避免显示过程中常见的屏幕闪烁问题。所述目标图像的像素尺寸通过在轨运行时目标光源与TDI载荷之间距离L₀和显示器中像素点之间的距离s等参数简单等比例换算即可获得。

所述定时器4根据CPU周期计数值决定是否触发刷新，所述刷新的触发条件为CPU周期计数≥Nv或Nh，当满足触发条件后，所述定时器4向控制模块5发出相应的控制命令。所述CPU周期计数值可从计算机的CPU周期计数器得到。

所述控制模块5将所述存储模块3中后台缓存所存储的预置目标图像拷贝到当前缓存，进而实现对显示模块1所显示图像的刷新，即完成一次图像像素点转移。以第M×N次触发为例，将后台缓存中所存储的目标图像的第（M，N）至第（M+H-1，N+V-1）个像素点拷贝到当前缓存中，并将CPU周期计数器清零。其中的M和N分别为行和列的触发次数，H和V分别为前文所提到的与显示器分辨率有关的行、列像素点的个数。

为了提高定时精度，作为一种优选实现方式，所述定时器4的触发条件也可以是CPU周期计数≥M×Nv或N×Nh（以第M×N次触发为例），则相应控制模块5的图像拷贝后不再将CPU周期计数器清零。

作为一种优选实现方式，若所述目标图像为周期性目标图像，则所述存储模块3的后台缓存中预置一个周期的目标图像，所述控制模块5将目标图像中的像素点从后台缓存拷贝到前台缓存中时，对显示器分辨率取模计算M、N的数值。这一方式可以减少计算机资源消耗，提高运行速度和稳定性。

本发明是一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源。在使用时，如图2所示，在一个实施例中，可将时间延迟积分成像载荷对显示器进行成像。然后参照图3，完成相应的检测工作，该检测工作包括：

步骤1）、获取时间延迟积分成像载荷至显示器屏幕的距离L；

步骤2）、计算图像垂直和水平方向的运动速度Vv和Vh；

步骤3）、获取显示器的点距以及计算机的时钟周期值；

步骤4）、计算像素点转移周期Nv和Nh；

步骤5）、建立当前缓存与后台缓存；

步骤6）、在后台缓存中预置目标图像；

步骤7）、设定定时器；

步骤8）、在定时器的控制下将后台缓存中所存储的目标图像的第（M，N）至第（M+H-1，N+V-1）个像素点拷贝到当前缓存中；

步骤9）、刷新显示屏，然后重新执行步骤8），直至完成检测。

在另一个实施例中，当所述显示模块1采用投影仪实现时，投影仪将图像投影到投影幕布或投影墙上，时间延迟积分成像载荷对投影幕布或投影墙成像，投影仪在摆放时不应引入杂散光。在该实施例中，利用面光源检测时间延迟积分成像载荷的过程与前一实施例的相关过程大致相同，只是投影仪将图像投影到投影幕布或投影墙上时，像素点之间的距离s会随着投影仪与投影幕布或投影墙的距离发生改变，因此在每一次检测前需要通过测量或计算得到像素点之间的距离s的具体数值。与显示模块1采用显示屏的实施例相比，使用投影仪的技术方案具有点距可控的优点。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，包括：显示模块(1)、计算模块(2)、存储模块(3)、定时器(4)以及控制模块(5)；其中，

所述的计算模块(2)计算图像像素点运动的速度与像素点转移周期，所得到的计算结果输入所述定时器(4)；所述定时器(4)根据时钟周期计数与像素点转移周期决定是否刷新，若刷新，向所述控制模块(5)发送刷新命令；所述控制模块(5)在刷新时，将在所述存储模块(3)中所存储的预置目标图像在所述显示模块(1)上显示。

2.根据权利要求1所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述显示模块(1)用于显示图像，所述图像在显示屏幕上的平移运动用于模拟在轨运行时目标物体与时间延迟积分成像载荷之间的相对运动。

3.根据权利要求2所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述显示模块(1)采用显示器或投影仪实现。

4.根据权利要求1所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述计算模块(2)用于计算图像像素点运动的速度Vv和Vh，以及图像像素点转移周期Nv和Nh；其中的v和h分别表示垂直和水平；其中，

Vv和Vh计算公式如下：

$V_v=\frac{V_{v0}\×L}{L_0}$

$V_h=\frac{V_{h0}\×L}{L_0}$

其中，L₀为在轨运行时的目标光源与在轨道上运行的时间延迟积分成像载荷之间的距离；V_v0和V_h0为目标光源与时间延迟积分成像载荷的相对运动速度；L为检测时用于模拟目标光源的显示器与时间延迟积分成像载荷之间距离；

Nv和Nh的计算公式如下：

$N_v=\frac{s}{V_v\×T}$

$N_h=\frac{s}{V_h\×T}$

其中，s为显示模块(1)中显示屏幕上像素点之间的距离，T为计算机的CPU时钟周期。

5.根据权利要求1所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述存储模块(3)包括两个缓存单元，分别对应当前缓存和后台缓存；所述当前缓存用于存储所述显示模块(1)当前要显示的目标图像，所述后台缓存用于存储所述显示模块(1)所要显示的预置目标图像。

6.根据权利要求1所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述定时器(4)将CPU时钟周期计数与像素点转移周期Nv或Nh进行比较，若时钟周期计数≥Nv或Nh，则刷新的触发条件被满足，所述定时器(4)向控制模块(5)发出相应的控制命令。

7.根据权利要求5所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述控制模块(5)在做第M×N次刷新时，将所述后台缓存中所存储的目标图像的第“M，N”至第“M+H-1，N+V-1”个像素点拷贝到当前缓存中，并将CPU时钟周期计数器清零；其中的M和N分别为行和列的触发次数，H和V分别为与显示模块(1)的分辨率有关的行、列像素点的个数。

8.根据权利要求7所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，在做第M×N次刷新时，所述定时器(4)在满足“CPU时钟周期计数≥M×Nv或N×Nh”后向所述控制模块(5)发出相应的控制命令，所述控制模块(5)将所述后台缓存中所存储的目标图像拷贝到当前缓存后不再将CPU时钟周期计数器清零。

9.根据权利要求7所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述控制模块(5)还包括：在刷新周期性的目标图像时，将所述周期性的目标图像预置在所述后台缓存中，然后在将所述周期性的目标图像中的像素点从后台缓存拷贝到前台缓存中时，通过对显示模块(1)分辨率取模计算M、N的数值。

10.根据权利要求1所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源，其特征在于，所述计算模块(2)、存储模块(3)、定时器(4)以及控制模块(5)均在一计算机上实现。

11.基于权利要求1-10之一所述的用于时间延迟积分成像载荷检测的面光源所实现的检测方法，该方法包括：

步骤1)、获取时间延迟积分成像载荷至显示模块(1)屏幕的距离L；

步骤2)、计算图像垂直和水平方向的运动速度Vv和Vh；

步骤3)、获取显示模块(1)屏幕的点距以及CPU时钟周期值；

步骤4)、计算像素点转移周期Nv和Nh；

步骤5)、建立当前缓存与后台缓存；

步骤6)、在后台缓存中预置目标图像；

步骤7)、设定定时器；

步骤8)、在定时器的控制下将后台缓存中所存储的目标图像的第“M，N”至第“M+H-1，N+V-1”个像素点拷贝到当前缓存中；

步骤9)、刷新显示模块(1)的屏幕，然后重新执行步骤8)，直至完成检测。