CN113810621A - 一种应用于多线线阵相机的分时曝光和tdi并行处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置及方法，装置包括触发模块向线阵相机发送触发信号，线阵相机在接收到触发信号的同时，向光源控制器发送对应的光源点亮信号，一个光源亮起；与此同时，线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图；当行频被配置为与运动速度相匹配时，TDI处理模块将被测物体图像进行延时，得到整数行延时图像；将被测物体图像和整数行延时图像相对应行的图像数据相加，得到按照预设TDI级数处理后的输出图像。本申请中每个光源都对应多线图像传感器，可在分时曝光的同时做TDI处理，只需要对齐每个光源下多线图像传感器拍摄的每一级TDI图像的物理位置，可以提升输出的被测物体图像的亮度。

Description

一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置及 方法

技术领域

本申请涉及工业图像采集技术领域，尤其涉及一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置及方法。

背景技术

工业检测应用中，例如：玻璃检测、光伏检测等，一般采用线阵相机对被测物体进行扫描，以获得被测物体的图像。为了检测出被测物体的所有缺陷，通常需要采用多台线阵相机配合不同的光源及打光方式对被测物体进行扫描，以获取被测物体更多的图像信息，但是上述方法操作较繁琐，并且由于增加了线阵相机的数量导致设备的体积过大，难以应用于实际。

在检测高速运动物体的缺陷时，需要采用高速线阵相机对高速运动物体进行拍摄，但是高速线阵相机拍摄每行图像的曝光时间会很短，得到每行图像的亮度会很暗，改善这种情况需要很亮的光源，但是光源较难达到被测的高速运动物体图像所需要的亮度。因此，在检测高速运动物体的缺陷时，一般采用TDI(时间延迟积分)处理，通过对同一目标的多行线阵响应，即图像灰度值进行累加成像，使得输出图像的亮度是每行图像亮度的总和，以改善得到的高速运动物体图像的亮度。

采用一台线阵相机配合不同的光源，并通过分时曝光，即分别对每个光源进行曝光，并采用线阵相机对被测的高速运动物体进行扫描，获得被测的高速运动物体在每个光源下的图像，可以同步分析被测的高速运动物体在多个光源下的特征，避免因为使用单个光源导致图像信息缺失的问题。采用上述方法，虽然获取到的高速运动物体的图像信息更多，但是扫描到的被测的高速运动物体图像的亮度可能达不到检测要求。

现有技术中，在检测高速运动物体的缺陷时，不存在能够获取被测的高速运动物体较多的图像信息的同时，扫描到的被测的高速运动物体图像的亮度还可以满足检测要求的处理方法。

发明内容

本申请提供了一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置及方法，以解决现有技术中不存在能够获取被测的高速运动物体较多的图像信息的同时，扫描到的被测的高速运动物体图像的亮度还可以满足检测要求的处理方法的问题。

第一方面，本申请提供一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置，所述装置包括：

线阵相机、至少两个光源、传输模块、触发模块和TDI处理模块；

所述线阵相机包括至少两线图像传感器，至少两线图像传感器采集每个光源下的被测物体图像；

至少两个光源与光源控制器的至少两个通道连接，至少两个所述通道分别与线阵相机对应的IO口连接；

所述传输模块用于传输被测物体，使被测物体按照一定的方向和运动速度通过所述线阵相机的视场区域；

所述线阵相机在接收到触发信号的同时，向光源控制器发送光源点亮信号，所述光源点亮信号用于触发一个光源亮起；

通过所述线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图像，所述被测物体图像包括每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，所述每一级TDI图像对应被测物体上的不同位置，且TDI图像的数量与预设TDI级数相等；

所述触发模块用于向线阵相机发送触发信号，所述触发信号用于触发线阵相机曝光并采集图像；

所述TDI处理模块被配置为：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度相匹配时，将所述被测物体图像按照预设整数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的整数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述整数行延时图像在被测物体上的位置相同；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

在本申请的较佳实施例中，所述TDI处理模块还被配置为：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度不匹配时，将所述被测物体图像按照预设小数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的小数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述小数行延时图像在被测物体上的位置相同；

通过插值放大处理将所述小数行延时图像转换成整数行延时图像；

对所述整数行延时图像进行降采样，得到与所述小数行延时图像分辨率相同的整数行延时图像；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

第二方面，本申请提供一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，所述方法包括：

通过线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图像，所述被测物体图像包括每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，所述每一级TDI图像对应被测物体上的不同位置，且TDI图像的数量与预设TDI级数相等；

判断线阵相机的行频是否被设置为与传输模块的运动速度相匹配；

当所述线阵相机的行频被设置为与所述传输模块的运动速度相匹配时，将所述被测物体图像按照预设整数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的整数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述整数行延时图像在被测物体上的位置相同；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

在本申请的较佳实施例中，判断线阵相机的行频是否被设置为与传输模块的运动速度相匹配，还包括：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度不匹配时，将所述被测物体图像按照预设小数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的小数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述小数行延时图像在被测物体上的位置相同；

通过插值放大处理将所述小数行延时图像转换成整数行延时图像；

对所述整数行延时图像进行降采样，得到与所述小数行延时图像分辨率相同的整数行延时图像；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

在本申请的较佳实施例中，预设行的数量通过所述图像传感器的像元尺寸和线间距以及预设TDI级数进行计算，其中，所述线间距是所述图像传感器相邻两线之间的固定距离，预设行包括预设整数行或预设小数行。

在本申请的较佳实施例中，所述预设行数量的计算公式如下：

其中，M为预设TDI级数，m为第m级TDI延时，P为像元尺寸，D为线间距，且D＝nP，P′表示被测物体在单位时间内的运动距离，V为被测物体的运动速度，F为线阵相机的行频，单位时间＝1/线阵相机的行频；

若P/(N×P′)为整数，被测物体图像按照预设整数行进行TDI延时；

若P/(N×P′)为小数，被测物体图像按照预设小数行进行TDI延时；

其中，N为光源数，0＜m＜M，M、m、N、P、D、n均为正整数，P′为正数。

在本申请的较佳实施例中，光源通过所述线阵相机输出至光源控制器的光源点亮信号触发亮起。

在本申请的较佳实施例中，图像传感器的线数是光源数和TDI级数的乘积。

上述技术方案中，图像传感器的线数还可以与TDI级数相等，但不能与光源数相等。

第三方面，本申请提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的步骤。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的步骤。

本申请提供的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置及方法，相较于现有技术而言，具有以下有益效果：

本申请中的每个光源都可以对应多线图像传感器，可以在分时曝光的同时做TDI处理，并且只需要对齐每个光源下多线图像传感器拍摄的每一级TDI图像的物理位置，操作更简单。另外，在线阵相机行频相同时，TDI处理后的输出图像亮度高于不做TDI处理的输出图像亮度，且预设TDI级数越高，输出图像亮度提升越显著，不需要很亮的光源即可使得输出的被测物体图像的亮度达到检测要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为线阵相机中平行设置的x个图像传感器示意图；

图2为被测物体成像示意图；

图3为本申请实施例2的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法流程图；

图4为线阵相机中12线图像传感器的排列示意图；

图5为本申请应用例1中通过12线线阵相机中4线不同的图像传感器分别在3个光源下采集被测物体图像示意图；

图6为本申请应用例1中3个光源分时曝光后各级TDI图像数据的获取过程示意图；

图7为本申请应用例1中3个光源分时曝光和TDI并行处理的示意图；

图8为本申请应用例2中通过4线相同的图像传感器分别在3个光源下采集被测物体图像示意图；

图9为本申请应用例2中3个光源分时曝光后各级TDI图像数据的获取过程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

基于本申请描述的示例性实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请所附权利要求保护的范围。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

为便于对申请的技术方案进行，以下首先在对本申请所涉及到的一些概念进行说明。

TDI(Time Delay Integration，时间延迟积分)线阵相机的图像传感器有很多线(TDI线阵相机通常为黑白相机)，通过对同一目标的多行线阵响应(图像灰度值)进行累加成像，使得输出图像的亮度是每行图像亮度的总和。

线阵相机的图像传感器是线状的，图像传感器线性排列的像元，用于按行采集或探测被测物体的图像，在使用线阵相机采集图像时，拍摄一次得到被测物体的一行图像，即图像的宽度只有几个像素，长度却有几k。通过线阵相机与被测物体的相对运动(通常是线阵相机固定安装，被测物体运动)，实现被测物体完整图像的采集。

实施例1

本申请提供了一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置，包括：

线阵相机、至少两个光源、传输模块、触发模块和TDI处理模块。

其中，所述线阵相机包括至少两线图像传感器，至少两线图像传感器采集每个光源下的被测物体图像，使用两线图像传感器相对应采集到两行被测物体图像，且两行被测物体图像在被测物体上的位置不同；

至少两个光源与光源控制器的至少两个通道连接，至少两个所述通道分别与线阵相机对应的IO口连接。

所述触发模块用于向线阵相机发送触发信号，所述触发信号用于触发线阵相机曝光并采集图像，在本实施例1中，所述触发模块可为编码器或采集卡，该触发信号可以为脉冲触发信号，也可以为电平触发信号；当该触发信号为脉冲触发信号时，线阵相机在脉冲的上升沿或下降沿进行曝光。

此外，需要特别说明的是，在本申请的实施例1中，触发线阵相机曝光的脉冲触发信号一般通过编码器或者采集卡发送，但在实际应用中，该脉冲触发信号还可由本领域技术人员所公知的其他设备提供。本申请中对其不做具体限制。

进一步地，所述线阵相机接收到触发信号的同时，线阵相机向光源控制器发送一个光源点亮信号，光源控制器控制对应的一个光源亮起，该亮起光源对应的光源控制器的通道与线阵相机对应的IO口连接，即线阵相机有多个IO口，多个IO口可以分别控制与光源控制器的多个不同通道对应连接的光源，从而实现多个光源下线阵相机的分时曝光过程，并且由于多个光源分别连接不同的通道，因此，同一时刻下，仅能触发一个光源亮起，不同时刻下，也不会重复触发同一个光源亮起。

通过所述线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图像，所述被测物体图像包括至少两线图像传感器，即多线图像传感器中的每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，所述每一级TDI图像分别对应被测物体上的不同位置，并且TDI图像的数量与预设TDI级数相等，其中，每一级TDI图像是指在同一个光源下，线阵相机中的多线图像传感器所采集到的被测物体上不同位置的每一行图像总和，此外，在同一个光源下，采集图像的图像传感器线数与预设TDI级数相等，预设TDI级数可根据需要得到的输出图像亮度进行设置。

另外，线阵相机包括多线图像传感器，如图1所示，是线阵相机中平行设置的x个图像传感器，其中，编号1、2、3、x是为了区分多线图像传感器，1表示第一线图像传感器，2表示第二线图像传感器，3表示第三线图像传感器，x表示第x线图像传感器，每一线图像传感器由多个线性排列的像元组成，且像元尺寸与线间距相等(两者理论上无相关性，通常芯片设计为相等)，线间距指的是相邻两线图像传感器之间的间距，每一线图像传感器的曝光时间可以分别设置；在线阵相机曝光时，可以使用多线图像传感器同时曝光，采集被测物体不同位置的一行图像。

所述传输模块用于传输被测物体，使被测物体按照一定的方向和运动速度通过所述线阵相机的视场区域；如图2所示，是被测物体成像示意图，图2中反映了被测物体的运动方向和线阵相机成像的关系，在图2中由于被测物体的运动方向v向右为正向，因此序号1表示TDI第一级线，序号2表示TDI第二级线，对于被测物体上的同一位置，先拍摄到被测物体图像的图像传感器线即为TDI第一级线，其余线按照TDI第一级线依次排列即可。在图2中，序号1，即Sensors第1线的视场拍摄到是初始时刻被测物体某一位置的图像，当被测物体运动到t时刻时，序号2，即Sensors第2线的视场才能拍摄到是t时刻被测物体同一位置的图像。需要说明的是，若传输模块的传输方向改变，即被测物体的运动方向改变，也应该按照先拍摄到被测物体图像的图像传感器为TDI第一级线，其余线按照TDI第一级线依次排列的规则进行判断多线图像传感器的位置。对于线阵相机，通过设置扫描方向，可选择哪个图像传感器为TDI第一级线，若扫描方向设置错误，则经过TDI处理后的输出图像会模糊有重影，且重影比不做TDI处理时还要大。

所述TDI处理模块被配置为：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度相匹配时，将所述被测物体图像，即将被测物体图像中包括的每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像按照预设整数行进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的整数行延时图像，即每一级TDI图像的整数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述整数行延时图像在被测物体上的位置相同；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像，即每一次延时后得到的每一级TDI图像的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

进一步地，在本实施例1的一种具体实施方式中，所述TDI处理模块还被配置为：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度不匹配时，将所述被测物体图像按照预设小数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的小数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述小数行延时图像在被测物体上的位置相同；

通过插值放大处理将所述小数行延时图像转换成整数行延时图像；

对所述整数行延时图像进行降采样，得到与所述小数行延时图像分辨率相同的整数行延时图像；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

需要进一步说明的是，当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度不匹配时，被测物体图像也有可能按照预设整数行进行延时，是因为被测物体运动速度与线阵相机的行频相匹配时，采集到的被测物体图像与被测物体的比例相同，按照预设整数行延时；当被测物体运动速度与线阵相机的行频不匹配时，采集到的被测物体图像与被测物体的比例不同，可能存在压缩或拉伸，但是根据预设行数量的计算公式仍然可能存在预设整数行延时，具体取决于被测物体在单位时间内的运动距离与像元尺寸的关系。

实施例2

与前述一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置的实施例1相对应，本申请还提供了一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的实施例。该方法应用于实施例1的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置，在前述实施例1的装置基础上，如图3所示，本实施例2的方法包括以下步骤：

S101，通过线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图像，所述被测物体图像包括每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，所述每一级TDI图像分别对应被测物体上的不同位置，且TDI图像的数量与预设TDI级数相等。

需要特别说明的是，在本实施例的步骤S101中，线阵相机曝光和光源亮起是同步的，以确保在线阵相机曝光的时候，该时刻下有且仅有一个光源是已经亮起的。每一级TDI图像是指在同一个光源下，线阵相机中的多线图像传感器所采集到的被测物体上不同位置的每一行图像总和，此外，在同一个光源下，采集图像的图像传感器线数与预设TDI级数相等，预设TDI级数可根据需要得到的输出图像亮度进行设置。进一步需要说明的是，可以采用图像传感器的多条线，即不同线的图像传感器在不同光源下分时曝光，同时采集被测物体上不同位置的每一行图像；也可以采用同一线图像传感器在不同光源下分时曝光，采集被测物体上不同位置的每一行图像。

S102，判断线阵相机的行频是否被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度相匹配。

在本实施例2的步骤S102中，光源数、线阵相机的行频为本领域技术人员根据实际使用需求自行进行设置的数值，并且，根据实际需要的光源数和检测速度反推需要设置的行频大小；传输模块的运动速度即为被测物体的运动速度，也是本领域技术人员根据实际使用需求自行进行设置的数值，本实施例2中对两个数值均不做具体限定。

S103，当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度的相匹配时，将所述被测物体图像按照预设整数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的整数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述整数行延时图像在被测物体上的位置相同。

在本实施例2的步骤S103中，由于被测物体图像包括的每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，因此，在进行延时的时候，需要将每一级TDI图像按照预设整数行进行延时，延时的次数比预设TDI级数小1，延时后，得到了同一时刻下每一级TDI图像的整数行延时图像。

进一步地，在本实施例2的步骤S103中，预设行的数量通过所述图像传感器的像元尺寸和线间距以及TDI级数进行计算，其中，所述线间距是所述图像传感器相邻两线之间的固定距离，预设行包括预设整数行或预设小数行。

更进一步地，步骤S103中的所述预设行的数量计算公式如下：

其中，M为预设TDI级数，m为第m级TDI延时，P为像元尺寸，D为线间距，且D＝nP，P′表示被测物体在单位时间内的运动距离，V为被测物体的运动速度，F为线阵相机的行频，单位时间＝1/线阵相机的行频；

若P/(N×P′)为整数，被测物体图像按照预设整数行进行TDI延时；

若P/(N×P′)为小数，被测物体图像按照预设小数行进行TDI延时；

其中，N为光源数，0＜m＜M，M、m、N、P、D、n均为正整数，P′为正数。

需要特别说明的是，当线间距D等于像元尺寸P，且P＝N×P′时，上述预设行的数量计算公式可变形为

此时，被测物体的运动速度与线阵相机的行频相匹配，采集的被测物体图像与被测物体的比例相同，被测物体图像按照预设整数行进行TDI延时。

S104，当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度不匹配时，将所述被测物体图像按照预设小数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的小数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述小数行延时图像在被测物体上的位置相同；另外，当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度，即被测物体运动速度不匹配时，被测物体图像还可能按照预设整数行依次进行延时，具体根据被测物体在单位时间内的运动距离与光源数和像元尺寸的关系而定。

S105，通过插值放大处理将所述小数行延时图像转换成整数行延时图像；

S106，对所述整数行延时图像进行降采样，得到与所述小数行延时图像分辨率相同的整数行延时图像。

需要特别说明的是，在本实施例2的步骤S105和步骤S016中所涉及到的插值放大处理和降采样处理均为本领域技术人员在对小数行图像转换为整数行图像处理过程中的常用技术手段，因此，本申请对其具体处理的过程不做详细阐述。另外，除本申请中提及到的两种对小数行图像转换为整数行图像的处理方法外，本领域技术人员还可使用其他本领域的公知常识或常规技术手段对小数行图像进行处理转换，但整体采用本申请的方法步骤实现的均属于本申请的保护范围。

S107，将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

在本实施例2的步骤S107中，需要在同一个光源下，将总共M个图像相对应行的图像数据进行相加，M个图像包括多线图像传感器的每一线图像传感器分别采集的每一级TDI图像，以及经过M-1次延时，每一次延时后得到的每一级TDI图像的整数行延时图像，将其对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数M进行延时后的输出图像。其中，每一级TDI延时图像是指在同一个光源下，线阵相机中的多线图像传感器所采集到的被测物体上不同位置的每一行图像总和，此外，在同一个光源下，采集图像的图像传感器线数与预设TDI级数相等，预设TDI级数可根据需要得到的输出图像亮度进行设置，并且预设TDI级数越大，得到的输出图像的亮度越高。

具体地，参见步骤S103中描述，光源数为N、预设TDI级数为M，对应地，每个光源下有4条线图像传感器同时曝光采集被测物体图像，线阵相机的行频＝光源频闪频率*光源数N，且行频是被测物体运动速度的N倍，像元尺寸为P，线间距为D，且D＝P，且P＝N×P′，

P′表示被测物体在单位时间内的运动距离，V为被测物体的运动速度，F为线阵相机的行频，单位时间＝1/线阵相机的行频，按照

计算预设整数行的数量。则TDI第1级图像数据延时的行数为

行，TDI第2级图像数据延时

行，TDI第3级图像数据延时

行，TDI第4级图像数据，即当前实时数据流，延时

行，即0行，不需要延时。

然后，从TDI第M级图像数据，即当前实时数据流的第

行图像数据开始，将TDI第M级图像数据，即当前实时数据流获取到的第

行图像数据与TDI第M-1级的图像数据、TDI第M-2级的图像数据和TDI第M-3级相对应行的图像数据...以及TDI第1级图像数据的相对应行的图像数据相加后即为每个光源下TDI处理后的输出图像，得到TDI处理后各个光源交替的输出图像数据。

在本实施例2的一种具体实施方式中，所述图像传感器的线数是光源数和TDI级数的乘积。需要特别说明的是，在实际应用中，可以根据本领域技术人员的需求，以及光源数和需要进行TDI处理的TDI级数选择对应的图像传感器线数，即包含几线图像传感器的线阵相机芯片。

需要说明的是，本申请实施例1和实施例2的方案，实现的一种方案是需要至少4线图像传感器，支持2个光源和2级TDI，采用不同线的图像传感器在不同光源亮起时分时曝光采集被测物体不同位置图像，光源数和预设TDI级数无上限要求，且两者无相关性。此种方案下光源数*预设TDI级数＝图像传感器线数。另一种实现的方案是需要至少2线图像传感器，支持2级TDI，光源数与TDI级数无相关性。

应用例1：图像传感器线数＝光源数*预设TDI级数

下面将光源数设置为3，预设TDI级数设置为4，采用图像传感器线数为3*4＝12的线阵相机结合本申请实施例2的方法说明分时曝光及TDI并行处理的过程，并且行频

F表示线阵相机的行频，V表示被测物体的运动速度，P为像元尺寸，此时同一个光源下线阵相机的行频和被测物体运动速度相匹配，采集到的被测物体图像不会拉伸或压缩。

如图4所示，为线阵相机中12线图像传感器的排列示意图，L1，...，L12分别表示第1线图像传感器，...，第12线图像传感器，且相邻两线图像传感器之间的间距等于像元尺寸，即图4中的组成第1线图像传感器L1的多个线性排列的像元的像元尺寸与第1线图像传感器L1和第2线图像传感器L2之间的线间距相等。由于预设TDI级数为4，则对应每个光源下都有4条线图像传感器曝光采集被测物体图像。

如图5所示，为通过12线线阵相机中4线不同的图像传感器分别在3个光源下采集被测物体图像示意图。图5中，在t1时刻，光源1亮起，线阵相机的第1线图像传感器L1、第4线图像传感器L4、第7线图像传感器L7、第10线图像传感器L10同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像，即图5中所示的光源1的4级TDI；在t2时刻，光源2亮起，线阵相机的第2线图像传感器L2、第5线图像传感器L5、第8线图像传感器L8、第11线图像传感器L11同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像，即图5中所示的光源2的4级TDI；在t3时刻，光源3亮起，线阵相机的第3线图像传感器L3、第6线图像传感器L6、第9线图像传感器L9、第12线图像传感器L12同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像，即图5中所示的光源3的4级TDI。在数据输出时选择对应光源下每一线图像传感器采集到的每一行图像的集合输出。图6给出了3个光源分时曝光后各级TDI图像数据的获取过程，得到的每一级TDI图像数据，即图6中的TDI第1级线图像数据、TDI第2级线图像数据、TDI第3级线图像数据和TDI第4级线图像数据，其中，TDI第1级线图像数据为光源1在t1时刻亮起时，第1线图像传感器L1采集到的被测物体第一行图像，光源1在t4时刻亮起时，第1线图像传感器L1采集到的被测物体第二行图像；光源2和光源3同理，不再赘述，并且由于同一时刻一个光源亮起有4线图像传感器同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像；因此，t1时刻光源1亮起时，第4线图像传感器L4、第7线图像传感器L7和第10线图像传感器L10采集到的被测物体的每一行图像对应不同的TDI级数，第4线图像传感器L4采集到的被测物体图像对应TDI第2级线图像数据，第7线图像传感器L7采集到的被测物体图像对应TDI第3级线图像数据，第10线图像传感器L10采集到的被测物体图像对应TDI第4级线图像数据，光源2和光源3同理，不再赘述。每一级TDI图像数据的排列都是3个光源的交替数据，各级TDI图像数据间的差异在于同一时刻拍摄的被测物体图像位置不同，因此，需要通过数据对齐才能实现TDI功能，需要对齐同一个光源下拍摄的每一级TDI图像，即图6中得到的4级TDI图像的物理位置。

如图7所示，为了在分时曝光的基础上叠加TDI功能，就需要每个光源下同时有多线不同的图像传感器曝光采集图像，如图6和图7所示，第1线图像传感器L1、第4线图像传感器L4、第7线图像传感器L7、第10线图像传感器L10都是对光源1进行曝光成像，第2线图像传感器L2、第5线图像传感器L5、第8线图像传感器L8、第11线图像传感器L11都是对光源2进行曝光成像，第3线图像传感器L3、第6线图像传感器L6、第9线图像传感器L9、第12线图像传感器L12都是对光源3进行曝光成像。每个光源下都有4条线图像传感器采集的被测物体图像数据，其分别对应物体的不同位置。TDI是将被测物体相同位置的多条线图像传感器采集的被测物体图像进行相加。因此，为了得到每个光源下被测物体相同位置的多条线图像传感器采集的被测物体图像数据，需要对当前被测物体图像数据进行延时。

具体地，延时按照实施例2的步骤S103的公式计算预设整数行，由于光源数N为3，预设TDI级数M为4，由于线间距D等于像元尺寸P，则得到如图7所示的TDI第1级图像数据延时的行数为(4-1)×3×2＝18行，TDI第2级图像数据延时(4-2)×3×2＝12行，TDI第3级图像数据延时(4-3)×3×2＝6行，TDI第4级图像数据，即当前实时数据流，延时(4-4)×3×2＝0行，即不需要延时。

然后，从TDI第4级图像数据，即当前实时数据流的第(4-1)×3×2+1+19行图像数据开始，将TDI第4级图像数据，即当前实时数据流获取到的第19行图像数据与TDI第3级图像数据、TDI第2级图像数据和TDI第1级图像数据相对应行的图像数据相加后即为每个光源下TDI处理后的输出图像，即如图7所示的各个光源交替的被测物体图像数据，此时，输出图像的行高是原始被测物体图像行高，即线阵相机内部设置行高的三倍。

应用例2：图像传感器线数＝预设TDI级数

下面将光源数设置为3，预设TDI级数设置为4，采用图像传感器线数＝预设TDI级数＝4的线阵相机结合本申请实施例2的方法说明分时曝光及TDI并行处理的过程。

如图8所示，为通过4线相同的图像传感器分别在3个光源下采集被测物体图像示意图。图8中，在t1时刻，光源1亮起，线阵相机的第1线图像传感器L1、第2线图像传感器L2、第3线图像传感器L3、第4线图像传感器L4同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像，即图8中所示的光源1的4级TDI；在t2时刻，光源2亮起，线阵相机的第1线图像传感器L1、第2线图像传感器L2、第3线图像传感器L3、第4线图像传感器L4同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像，即图8中所示的光源2的4级TDI；在t3时刻，光源3亮起，线阵相机的第1线图像传感器L1、第2线图像传感器L2、第3线图像传感器L3、第4线图像传感器L4同时曝光进行采集被测物体不同位置的每一行图像，即图8中所示的光源3的4级TDI。在数据输出时，线阵相机依次输出的图像数据即为每个光源下对应的图像数据。图9给出了3个光源分时曝光后各级TDI图像数据的获取过程，得到的每一级TDI图像数据，即图9中的TDI第1级线图像数据、TDI第2级线图像数据、TDI第3级线图像数据和TDI第4级线图像数据，其中，TDI第1级线图像数据为光源1在t1时刻亮起时，4线相同的图像传感器采集到的被测物体不同位置图像，即第1线图像传感器L1采集到的是被测物体TDI第1级线图像数据的第一行图像，第2线图像传感器L2采集到的是被测物体TDI第2级线图像数据的第一行图像，第3线图像传感器L3采集到的是被测物体TDI第3级线图像数据的第一行图像，第4线图像传感器L4采集到的是被测物体TDI第4级线图像数据的第一行图像，t2时刻光源2亮起，采集被测物体图像原理同光源1，t3时刻光源3亮起，采集被测物体图像原理同光源1，此处不再赘述。每一级TDI图像数据的排列都是3个光源的交替数据，各级TDI图像数据间的差异在于同一时刻拍摄的被测物体图像位置不同，因此，需要通过数据对齐才能实现TDI功能，需要对齐同一个光源下拍摄的每一级TDI图像，即图9中得到的4级TDI图像的物理位置。

应用例2中做TDI处理的过程与应用例1中一样，此处不再赘述。

应用例1和应用例2的区别在于不同的光源亮起时，是否采用相同线的图像传感器进行曝光采集被测物体图像。另外，应用例1和应用例2的各个光源间可以做数据对齐，也可以不做，若各个光源间需要数据对齐，可以在各个光源做完TDI后通过光源间的数据延时实现，但是光源间的数据延时的延时参数与TDI图像数据延时参数不同，并且应用例1和应用例2的光源间的数据延时的延时参数也不同。

本申请提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例2的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的步骤。

本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例2的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的步骤。

Claims (10)

1.一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置，其特征在于，所述装置包括：

线阵相机、至少两个光源、传输模块、触发模块和TDI处理模块；

所述线阵相机包括至少两线图像传感器，至少两线图像传感器采集每个光源下的被测物体图像；

至少两个光源与光源控制器的至少两个通道连接，至少两个所述通道分别与线阵相机对应的IO口连接；

所述传输模块用于传输被测物体，使被测物体按照一定的方向和运动速度通过所述线阵相机的视场区域；

所述线阵相机在接收到触发信号的同时，向光源控制器发送光源点亮信号，所述光源点亮信号用于触发一个光源亮起；

通过所述线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图像，所述被测物体图像包括每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，所述每一级TDI图像对应被测物体上的不同位置，且TDI图像的数量与预设TDI级数相等；

所述触发模块用于向线阵相机发送触发信号，所述触发信号用于触发线阵相机曝光并采集图像；

所述TDI处理模块被配置为：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度相匹配时，将所述被测物体图像按照预设整数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的整数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述整数行延时图像在被测物体上的位置相同；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

2.根据权利要求1所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置，其特征在于，所述TDI处理模块还被配置为：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度不匹配时，将所述被测物体图像按照预设小数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的小数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述小数行延时图像在被测物体上的位置相同；

通过插值放大处理将所述小数行延时图像转换成整数行延时图像；

对所述整数行延时图像进行降采样，得到与所述小数行延时图像分辨率相同的整数行延时图像；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

3.一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理装置中，所述方法包括：

通过线阵相机采集一个光源亮起时的被测物体图像，所述被测物体图像包括每一线图像传感器分别采集到的每一级TDI图像，所述每一级TDI图像对应被测物体上的不同位置，且TDI图像的数量与预设TDI级数相等；

判断线阵相机的行频是否被设置为与传输模块的运动速度相匹配；

当所述线阵相机的行频被设置为与所述传输模块的运动速度相匹配时，将所述被测物体图像按照预设整数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的整数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述整数行延时图像在被测物体上的位置相同；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

4.根据权利要求3所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，其特征在于，判断线阵相机的行频是否被设置为与传输模块的运动速度相匹配，还包括：

当所述线阵相机的行频被设置为与传输模块的运动速度不匹配时，将所述被测物体图像按照预设小数行依次进行延时，延时至少一次后，得到同一时刻下被测物体的小数行延时图像，其中，所述被测物体图像与所述小数行延时图像在被测物体上的位置相同；

通过插值放大处理将所述小数行延时图像转换成整数行延时图像；

对所述整数行延时图像进行降采样，得到与所述小数行延时图像分辨率相同的整数行延时图像；

将所述被测物体图像和至少一次延时得到的整数行延时图像相对应行的图像数据进行相加，得到按照预设TDI级数对被测物体图像进行延时后的输出图像，其中，所述预设TDI级数和延时次数的差值为1。

5.根据权利要求3或4所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，其特征在于，

预设行的数量通过所述图像传感器的像元尺寸和线间距以及预设TDI级数进行计算，其中，所述线间距是所述图像传感器相邻两线之间的固定距离，预设行包括预设整数行或预设小数行。

6.根据权利要求5所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，其特征在于，预设行的数量计算公式如下：

其中，M为预设TDI级数，m为第m级TDI延时，P为像元尺寸，D为线间距，且D＝nP，P′表示被测物体在单位时间内的运动距离，V为被测物体的运动速度，F为线阵相机的行频，单位时间＝1/线阵相机的行频；

若P/(N×P′)为整数，被测物体图像按照预设整数行进行TDI延时；

若P/(N×P′)为小数，被测物体图像按照预设小数行进行TDI延时；

其中，N为光源数，0＜m＜M，M、m、N、P、D、n均为正整数，P′为正数。

7.根据权利要求3或4所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，其特征在于，

光源通过所述线阵相机输出至光源控制器的光源点亮信号触发亮起。

8.根据权利要求3或4所述的一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法，其特征在于，

图像传感器的线数是光源数和TDI级数的乘积。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求3-8任意一项所述一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求3-8任意一项所述一种应用于多线线阵相机的分时曝光和TDI并行处理方法的步骤。

Images