本發(fā)明涉及數(shù)字域TDI成像領(lǐng)域，特別是涉及一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整方法及調(diào)整系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

數(shù)字域TDI技術(shù)是一種新型光電成像技術(shù)，主要應(yīng)用于CMOS傳感器，用以解決科學(xué)級(jí)TDI-CCD價(jià)格昂貴工藝受限，而模擬域TDI-CMOS方法需要復(fù)雜的硬件電路設(shè)計(jì)，同時(shí)依賴于復(fù)雜的CMOS制造工藝，實(shí)現(xiàn)難度較大的問題。CMOS本身為面陣輸出，具有面陣拍照和高清動(dòng)態(tài)視頻成像模式，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字域TDI模式，可改變遙感衛(wèi)星傳統(tǒng)單一的拍照模式，拓展遙感相機(jī)的功能。而數(shù)字域TDI算法擺脫了在CMOS傳感器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)TDI的束縛，利用普通的面陣CMOS器件就可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)可調(diào)的TDI功能，同時(shí)其連續(xù)多幀的成像模式又可為后續(xù)圖像超分辨分析、精準(zhǔn)建模提供有力依據(jù)。目前，數(shù)字域TDI技術(shù)已實(shí)現(xiàn)星上應(yīng)用。

數(shù)字域時(shí)間延遲積分(Time,Delay and Integration，TDI)技術(shù)在實(shí)際星上應(yīng)用過程中，在不同的調(diào)光參數(shù)及大氣輻射、地面目標(biāo)光照度等環(huán)境條件下，成像效果有較大差異，不同環(huán)境下成像參數(shù)設(shè)置會(huì)對(duì)成像質(zhì)量產(chǎn)生極大影響，因此在軌自適應(yīng)成像參數(shù)調(diào)整十分必要。目前針對(duì)數(shù)字域TDI技術(shù)的研究主要止于成像原理的探究，對(duì)后續(xù)的參數(shù)調(diào)整研究基本沒有。因此，如何提供一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的在軌自適應(yīng)調(diào)整方法及調(diào)整系統(tǒng)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整方法，可根據(jù)實(shí)際拍攝環(huán)境自動(dòng)調(diào)整拍攝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的在軌自適應(yīng)調(diào)整。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整方法，所述調(diào)整方法包括：

根據(jù)TDI相機(jī)的傳感器的檢測(cè)參數(shù)及衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)確定預(yù)拍區(qū)域；

根據(jù)預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益，確定所述預(yù)拍區(qū)域的實(shí)際灰度均值；

根據(jù)期望灰度值、所述實(shí)際灰度均值、所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積；

根據(jù)數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)及數(shù)字域TDI成像信噪比模型，確定TDI成像區(qū)域的積分級(jí)數(shù)和積分時(shí)間；

根據(jù)所述期望灰度值、所述實(shí)際灰度均值、所述預(yù)拍曝光時(shí)間、所述預(yù)拍增益、所述積分級(jí)數(shù)和所述積分時(shí)間，確定所述期望增益；

根據(jù)所述期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積及所述期望增益確定所述期望曝光時(shí)間；

根據(jù)所述積分級(jí)數(shù)、積分時(shí)間、期望增益及期望曝光時(shí)間確定當(dāng)前TDI成像區(qū)域的圖像；

判斷是否還有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域，如果有，則根據(jù)所述期望曝光時(shí)間和所述期望增益更新下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域的所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益；否則，根據(jù)各TDI成像區(qū)域的圖像確定TDI相機(jī)的拍攝圖像。

可選的，所述傳感器的檢測(cè)參數(shù)包括傳感器的檢測(cè)區(qū)域、傳感器讀出時(shí)間，所述衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)包括衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星地速及軌道高度；其中，

所述根據(jù)TDI相機(jī)的傳感器的檢測(cè)參數(shù)及衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)確定預(yù)拍區(qū)域包括：

根據(jù)所述傳感器的檢測(cè)區(qū)域與所述衛(wèi)星運(yùn)行軌道確定所述預(yù)拍區(qū)域的數(shù)量；

根據(jù)所述傳感器讀出時(shí)間及所述衛(wèi)星地速確定各所述預(yù)拍區(qū)域的間隔；

根據(jù)所述軌道高度、所述衛(wèi)星地速及各預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍曝光時(shí)間確定對(duì)應(yīng)的預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)。

可選的，所述預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)通過公式：確定，其中，N表示預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，H表示軌道高度；V_S表示衛(wèi)星地速；d表示光學(xué)系統(tǒng)焦距；a表示像元尺寸；T′表示預(yù)拍曝光時(shí)間。

可選的，所述確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積具體包括：

根據(jù)所述傳感器的靶面輻照度確定輸出灰度的表達(dá)式，所述輸出灰度的表達(dá)式為：f＝g(R_f×E×T×G)，其中,

f表示輸出灰度，R_f表示傳感器響應(yīng)，E表示到達(dá)傳感器的靶面輻照度，T表示曝光時(shí)間，G表示數(shù)字增益，g表示相機(jī)光學(xué)變換函數(shù)；

根據(jù)所述期望灰度值f_DN、所述實(shí)際灰度均值所述預(yù)拍曝光時(shí)間T′和所述預(yù)拍增益G′確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間T_DN與期望增益G_DN的乘積，所述乘積為：

可選的，確定所述傳感器的靶面輻照度包括：利用大氣輻射傳輸模型，根據(jù)衛(wèi)星軌道高度、觀測(cè)天底角、星下點(diǎn)地理位置、太陽高度角、地面目標(biāo)反照率、大氣能見度、工作波段確定所述靶面輻照度。

可選的，所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)為：

其中，f_mtf(T_int,M)表示所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)，T_int表示所述積分時(shí)間，M表示所述積分級(jí)數(shù)，K表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及衍射傳函，ΔV_P/V_P表示像移匹配殘差，v表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)采樣頻率,v_N表示奈奎斯特頻率。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的調(diào)整方法，通過傳感器面陣預(yù)拍區(qū)域的參數(shù)實(shí)時(shí)更新TDI成像區(qū)域的拍攝參數(shù)，拍攝參數(shù)可根據(jù)實(shí)際拍攝環(huán)境進(jìn)行在軌自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的在軌自適應(yīng)調(diào)整。

本發(fā)明的目的還在于提供一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際拍攝環(huán)境自動(dòng)調(diào)整拍攝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的在軌自適應(yīng)調(diào)整。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整系統(tǒng)，所述調(diào)整系統(tǒng)包括：

預(yù)拍確定模塊，用于根據(jù)TDI相機(jī)的傳感器的檢測(cè)參數(shù)及衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)確定預(yù)拍區(qū)域；

實(shí)際灰度確定模塊，用于根據(jù)預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益，確定所述預(yù)拍區(qū)域的實(shí)際灰度均值；

期望乘積確定模塊，用于根據(jù)期望灰度值、所述實(shí)際灰度均值、所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積；

級(jí)數(shù)和時(shí)間確定模塊，用于根據(jù)數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)及數(shù)字域TDI成像信噪比模型，確定TDI成像區(qū)域的積分級(jí)數(shù)和積分時(shí)間；

期望增益確定模塊，用于根據(jù)所述期望灰度值、所述實(shí)際灰度均值、所述預(yù)拍曝光時(shí)間、所述預(yù)拍增益、所述積分級(jí)數(shù)和所述積分時(shí)間，確定所述期望增益；

期望曝光時(shí)間確定模塊，用于根據(jù)所述期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積及所述期望增益確定所述期望曝光時(shí)間；

TDI成像模塊，用于根據(jù)所述積分級(jí)數(shù)、積分時(shí)間、期望增益及期望曝光時(shí)間確定當(dāng)前TDI成像區(qū)域的圖像；

判斷模塊，用于判斷是否還有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域；

參數(shù)更新模塊，用于在所述判斷模塊的判斷結(jié)果為有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域時(shí)，根據(jù)所述期望曝光時(shí)間和所述期望增益更新下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域的所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益，并將更新后的所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益發(fā)送給所述實(shí)際灰度確定模塊；

圖像拍攝模塊，用于在所述判斷模塊的判斷結(jié)果為沒有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域時(shí)，根據(jù)各TDI成像區(qū)域的圖像確定TDI相機(jī)的拍攝圖像。

可選的，所述傳感器的檢測(cè)參數(shù)包括傳感器的檢測(cè)區(qū)域、傳感器讀出時(shí)間，所述衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)包括衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星地速及軌道高度；其中，

所述預(yù)拍確定模塊具體包括：

預(yù)拍數(shù)量確定單元，用于根據(jù)所述傳感器的檢測(cè)區(qū)域與所述衛(wèi)星運(yùn)行軌道確定所述預(yù)拍區(qū)域的數(shù)量；

預(yù)拍間隔確定單元，用于根據(jù)所述傳感器讀出時(shí)間及所述衛(wèi)星地速確定各所述預(yù)拍區(qū)域的間隔；

預(yù)拍行數(shù)確定單元，用于根據(jù)所述軌道高度、所述衛(wèi)星地速及各預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍曝光時(shí)間確定對(duì)應(yīng)的預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)。

可選的，所述預(yù)拍行數(shù)確定單元用于根據(jù)公式：確定所述預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，其中，N表示預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，H表示軌道高度；V_S表示衛(wèi)星地速；d表示光學(xué)系統(tǒng)焦距；a表示像元尺寸；T′表示預(yù)拍曝光時(shí)間。

可選的，級(jí)數(shù)和時(shí)間確定模塊用于根據(jù)公式：確定所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)，其中，f_mtf(T_int,M)表示所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)，T_int表示所述積分時(shí)間，M表示所述積分級(jí)數(shù)，K表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及衍射傳函，ΔV_P/V_P表示像移匹配殘差，v表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)采樣頻率,v_N表示奈奎斯特頻率。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供的調(diào)整系統(tǒng)，參數(shù)更新模塊根據(jù)傳感器面陣預(yù)拍區(qū)域的參數(shù)實(shí)時(shí)更新TDI成像區(qū)域的拍攝參數(shù)，拍攝參數(shù)可根據(jù)實(shí)際拍攝環(huán)境進(jìn)行在軌自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的在軌自適應(yīng)調(diào)整。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1調(diào)整方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3預(yù)拍區(qū)域和TDI成像區(qū)域的分布圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整方法及調(diào)整系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際拍攝環(huán)境自動(dòng)調(diào)整拍攝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的在軌自適應(yīng)調(diào)整。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1：如圖1所示，數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整方法包括以下步驟：

步驟101：根據(jù)TDI相機(jī)的傳感器的檢測(cè)參數(shù)及衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)確定預(yù)拍區(qū)域，具體包括確定預(yù)拍區(qū)域的數(shù)量，各預(yù)拍區(qū)域的間隔及各預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)；

步驟102：根據(jù)預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益，確定預(yù)拍區(qū)域的實(shí)際灰度均值；

步驟103：根據(jù)期望灰度值、實(shí)際灰度均值、預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積；

步驟104：根據(jù)數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)及數(shù)字域TDI成像信噪比模型，確定TDI成像區(qū)域的積分級(jí)數(shù)和積分時(shí)間；其中，數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)為：

f_mtf(T_int,M)表示所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)，T_int表示所述積分時(shí)間，M表示所述積分級(jí)數(shù)，K表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及衍射傳函，ΔV_P/V_P表示像移匹配殘差，v表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)采樣頻率,v_N表示奈奎斯特頻率。

步驟105：根據(jù)期望灰度值f_DN、實(shí)際灰度均值預(yù)拍曝光時(shí)間T′、預(yù)拍增益G′、積分級(jí)數(shù)M和積分時(shí)間T_int，確定期望增益G_DN，期望增益G_DN的表達(dá)式為：

步驟106：根據(jù)所述期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積及所述期望增益確定所述期望曝光時(shí)間；

步驟107：根據(jù)所述積分級(jí)數(shù)、積分時(shí)間、期望增益及期望曝光時(shí)間確定當(dāng)前TDI成像區(qū)域的圖像；

步驟108：判斷是否還有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域，如果有，執(zhí)行步驟109；否則，執(zhí)行步驟110；

步驟109：根據(jù)期望曝光時(shí)間和期望增益更新下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益，執(zhí)行步驟102。本實(shí)施例中，在完成一次參數(shù)調(diào)整后，可將期望曝光時(shí)間設(shè)置為下一預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍曝光時(shí)間，將期望增益設(shè)置為下一預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍增益，但并不以此為限。

步驟110：根據(jù)各TDI成像區(qū)域的圖像確定TDI相機(jī)的拍攝圖像。

具體地，步驟101中傳感器的檢測(cè)參數(shù)包括傳感器的檢測(cè)區(qū)域、傳感器讀出時(shí)間，衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)包括衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星地速及軌道高度。根據(jù)傳感器的檢測(cè)區(qū)域與衛(wèi)星運(yùn)行軌道確定預(yù)拍區(qū)域的數(shù)量；根據(jù)傳感器讀出時(shí)間及衛(wèi)星地速確定各預(yù)拍區(qū)域的間隔；根據(jù)軌道高度、衛(wèi)星地速及各預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍曝光時(shí)間，通過公式：確定對(duì)應(yīng)的預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，其中，N表示預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，H表示軌道高度；V_S表示衛(wèi)星地速；d表示光學(xué)系統(tǒng)焦距；a表示像元尺寸；T′表示預(yù)拍曝光時(shí)間。

具體地，步驟103中確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積具體包括：

根據(jù)傳感器的靶面輻照度確定輸出灰度的表達(dá)式，所述輸出灰度的表達(dá)式為：f＝g(R_f×E×T×G)，其中,f表示輸出灰度，R_f表示傳感器響應(yīng)，E表示到達(dá)傳感器的靶面輻照度，T表示曝光時(shí)間，G表示數(shù)字增益，g表示相機(jī)光學(xué)變換函數(shù)。相機(jī)光學(xué)變換函數(shù)是數(shù)字域TDI相機(jī)入瞳處的輻射光，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)作用后到達(dá)像面對(duì)CMOS圖像傳感器進(jìn)行曝光，然后經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集、A/D變換以及存儲(chǔ)、傳輸、處理等一系列過程，最終輸出目標(biāo)景物灰度圖像的數(shù)學(xué)模型。

具體地，確定傳感器的靶面輻照度包括：利用大氣輻射傳輸模型，根據(jù)衛(wèi)星軌道高度、觀測(cè)天底角、星下點(diǎn)地理位置、太陽高度角、地面目標(biāo)反照率、大氣能見度及工作波段確定靶面輻照度。

具體地，根據(jù)期望灰度值f_DN、實(shí)際灰度均值預(yù)拍曝光時(shí)間T′和預(yù)拍增益G′確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間T_DN與期望增益G_DN的乘積，所述乘積為：

數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)節(jié)主要是調(diào)整積分時(shí)間、增益、級(jí)數(shù)、曝光時(shí)間四個(gè)參數(shù)，如何根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)置參數(shù)值是數(shù)字域TDI自適應(yīng)調(diào)整成像質(zhì)量的關(guān)鍵。

本發(fā)明提供的基于面陣CMOS傳感器局部開窗能力，同時(shí)考慮數(shù)字域TDI相機(jī)圖像輸出灰度信息、信噪比與光學(xué)傳遞函數(shù)的在軌自適應(yīng)成像質(zhì)量的調(diào)整方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的成像質(zhì)量參數(shù)調(diào)整時(shí)實(shí)時(shí)性差且不準(zhǔn)確的問題。

實(shí)施例2：如圖2所示，數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整系統(tǒng)包括：

預(yù)拍確定模塊201，用于根據(jù)TDI相機(jī)的傳感器的檢測(cè)參數(shù)及衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)確定預(yù)拍區(qū)域，其中傳感器的檢測(cè)參數(shù)包括傳感器的檢測(cè)區(qū)域、傳感器讀出時(shí)間，衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)包括衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星地速及軌道高度；

實(shí)際灰度確定模塊202，用于根據(jù)預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益，確定所述預(yù)拍區(qū)域的實(shí)際灰度均值；

期望乘積確定模塊203，用于根據(jù)期望灰度值、所述實(shí)際灰度均值、所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積；

級(jí)數(shù)和時(shí)間確定模塊204，用于根據(jù)數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)及數(shù)字域TDI成像信噪比模型，確定TDI成像區(qū)域的積分級(jí)數(shù)和積分時(shí)間；

期望增益確定模塊205，用于根據(jù)所述期望灰度值、所述實(shí)際灰度均值、所述預(yù)拍曝光時(shí)間、所述預(yù)拍增益、所述積分級(jí)數(shù)和所述積分時(shí)間，確定所述期望增益；

期望曝光時(shí)間確定模塊206，用于根據(jù)所述期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積及所述期望增益確定所述期望曝光時(shí)間；

TDI成像模塊207，用于根據(jù)所述積分級(jí)數(shù)、積分時(shí)間、期望增益及期望曝光時(shí)間確定當(dāng)前TDI成像區(qū)域的圖像；

判斷模塊208，用于判斷是否還有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域；

參數(shù)更新模塊209，用于在所述判斷模塊的判斷結(jié)果為有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域時(shí)，根據(jù)所述期望曝光時(shí)間和所述期望增益更新下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域的所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益，并將更新后的所述預(yù)拍曝光時(shí)間和所述預(yù)拍增益發(fā)送給所述實(shí)際灰度確定模塊；

圖像拍攝模塊210，用于在所述判斷模塊的判斷結(jié)果為沒有下一個(gè)預(yù)拍區(qū)域時(shí)，根據(jù)各TDI成像區(qū)域的圖像確定TDI相機(jī)的拍攝圖像。

具體地，預(yù)拍確定模塊201具體包括：

預(yù)拍數(shù)量確定單元，用于根據(jù)所述傳感器的檢測(cè)區(qū)域與所述衛(wèi)星運(yùn)行軌道確定所述預(yù)拍區(qū)域的數(shù)量；

預(yù)拍間隔確定單元，用于根據(jù)所述傳感器讀出時(shí)間及所述衛(wèi)星地速確定各所述預(yù)拍區(qū)域的間隔；

預(yù)拍行數(shù)確定單元，用于根據(jù)所述軌道高度、所述衛(wèi)星地速及各預(yù)拍區(qū)域的預(yù)拍曝光時(shí)間確定對(duì)應(yīng)的預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)。具體地，預(yù)拍行數(shù)確定單元用于根據(jù)公式：確定所述預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，其中，N表示預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，H表示軌道高度；V_S表示衛(wèi)星地速；d表示光學(xué)系統(tǒng)焦距；a表示像元尺寸；T′表示預(yù)拍曝光時(shí)間。

具體地，級(jí)數(shù)和時(shí)間確定模塊204用于根據(jù)公式：確定所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)，其中，f_mtf(T_int,M)表示所述數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)，T_int表示所述積分時(shí)間，M表示所述積分級(jí)數(shù)，K表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及衍射傳函、雜散光傳函、加工制造傳函、傳感器靶面?zhèn)骱?、離焦傳函、平臺(tái)振動(dòng)殘差傳函、靶面處大氣傳函以及成像目標(biāo)傳函的乘積，ΔV_P/V_P表示像移匹配殘差，v表示TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)采樣頻率,v_N表示奈奎斯特頻率。

本發(fā)明針對(duì)面陣CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字域TDI時(shí)間延遲積分推掃成像的特點(diǎn)，在衛(wèi)星飛行過程中對(duì)同一目標(biāo)區(qū)域成像時(shí)，利用面陣CMOS圖像傳感器局部開窗能力，按照推掃方向先對(duì)同一地物在CMOS圖像傳感器的多個(gè)預(yù)拍區(qū)域進(jìn)行多次預(yù)拍成像，然后在CMOS圖像傳感器的成像區(qū)域進(jìn)行數(shù)字域TDI推掃成像，預(yù)拍區(qū)域采用相同的成像參數(shù)對(duì)同一地區(qū)多次面陣模式成像，取預(yù)拍成像輸出灰度值的統(tǒng)計(jì)平均值作為最終的數(shù)字域推掃成像輸出灰度值的參考值。當(dāng)對(duì)該目標(biāo)區(qū)域數(shù)字域TDI成像時(shí)，利用預(yù)拍區(qū)域參數(shù)結(jié)果對(duì)數(shù)字域TDI成像區(qū)域的成像參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，保障實(shí)際數(shù)字域TDI推掃成像區(qū)域參數(shù)調(diào)整的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而達(dá)到在軌自適應(yīng)調(diào)整成像質(zhì)量的目的。

實(shí)施例3：數(shù)字域TDI相機(jī)成像質(zhì)量的調(diào)整方法包括以下步驟：

步驟301：利用面陣CMOS圖像傳感器局部開窗能力，將預(yù)拍區(qū)域與實(shí)際成像區(qū)域進(jìn)行分割，實(shí)際成像區(qū)域的拍攝參數(shù)可通過分析前段預(yù)拍區(qū)域進(jìn)行反饋設(shè)置。如圖3所示，預(yù)拍區(qū)域與實(shí)際成像區(qū)域在空間上存在間隔，形成預(yù)拍模式。圖3中的1為預(yù)拍區(qū)域，2為各預(yù)拍開窗區(qū)域間的間隔，X表示預(yù)拍區(qū)域的大小，即預(yù)拍區(qū)域的行數(shù)，y表示各預(yù)拍開窗區(qū)域間隔的大小，下部的條狀區(qū)域3為數(shù)字域TDI成像區(qū)域。預(yù)拍區(qū)域數(shù)量的選擇根據(jù)實(shí)際傳感器的檢測(cè)參數(shù)與衛(wèi)星運(yùn)行參數(shù)決定，預(yù)拍開窗區(qū)域間隔與傳感器讀出時(shí)間及衛(wèi)星地速有關(guān)；而后開窗區(qū)域?yàn)閿?shù)字域TDI成像區(qū)域。

步驟302：根據(jù)一定太陽高角及天氣環(huán)境下的成像鏈路模型，確定輸出灰度與成像參數(shù)關(guān)系的表達(dá)式；

步驟303：設(shè)定預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益對(duì)預(yù)拍區(qū)域進(jìn)行預(yù)拍攝，獲取多次面陣預(yù)拍輸出的實(shí)際灰度均值；

步驟304：根據(jù)步驟302確定的輸出灰度與成像參數(shù)關(guān)系的表達(dá)式、期望灰度值、實(shí)際灰度均值、預(yù)拍曝光時(shí)間和預(yù)拍增益，確定TDI成像區(qū)域的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積；

步驟305：假設(shè)數(shù)字域TDI成像區(qū)域的積分級(jí)數(shù)為M，積分時(shí)間為T_int，則數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)f_mtf表示為：

f_mtf＝K·f_{mtf_mat}

其中，常數(shù)K為數(shù)字域TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及衍射傳函、雜散光傳函、加工制造傳函、傳感器靶面?zhèn)骱?、離焦傳函、平臺(tái)振動(dòng)殘差傳函、靶面處大氣傳函以及成像目標(biāo)傳函的乘積，f_{mtf_mat}為像移匹配殘差傳函，f_{mtf_mat}是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

數(shù)字域TDI成像調(diào)制傳遞函數(shù)f_mtf(T_int,M)可進(jìn)一步表示為：

其中ΔV_P/V_P為像移匹配殘差，v為數(shù)字域TDI相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)采樣頻率,v_N為奈奎斯特頻率。

由于數(shù)字域TDI相機(jī)采用的是CMOS圖像傳感器，則3T、4T結(jié)構(gòu)傳感器的數(shù)字域TDI成像信噪比模型f_snr(T_int,M)表示為：

其中，N_full表示最大滿阱電子數(shù)，N_bit表示量化位寬，σ_reset表示復(fù)位噪聲，σ_int表示積分過程噪聲，σ_read表示讀出過程噪聲，H_APS表示有源像素傳感器(Active Pixel Sensor，APS)輸出電壓增益，C₀表示積分起始二極管的初始電容，V₀表示積分起始二極管的初始電壓，表示p-n結(jié)內(nèi)建電勢(shì)，i_ph表示光電流，i_dk表示暗電流，σ_ct表示1/f噪聲，即閃爍噪聲。

根據(jù)上述的數(shù)字域TDI成像f_mtf(T_int,M)與f_snr(T_int,M)數(shù)學(xué)模型，采取最優(yōu)化調(diào)制傳遞函數(shù)與信噪比原則，首先確定數(shù)字域TDI成像區(qū)域的積分級(jí)數(shù)M的值，然后再確定積分時(shí)間T_int的值。具體方法為：根據(jù)調(diào)制傳遞函數(shù)f_mtf(T_int,M)的函數(shù)形式(sinc型)，可確定滿足大于最小調(diào)制傳遞函數(shù)要求值的參數(shù)M的區(qū)間，選取區(qū)間內(nèi)M的最小值作為積分級(jí)數(shù)M的取值；然后再將M的具體值帶入信噪比f_snr(T_int,M)模型，選擇f_snr(T_int,M)最大時(shí)的T_int取值作為積分時(shí)間的具體取值。上述方法在保證數(shù)字域TDI相機(jī)最小傳遞函數(shù)和最低信噪比的情況下，還能滿足f_mtf(T_int,M)×f_snr(T_int,M)乘積最大化原則。

步驟306：根據(jù)期望灰度值、實(shí)際灰度均值、預(yù)拍曝光時(shí)間、預(yù)拍增益、積分級(jí)數(shù)和積分時(shí)間，確定期望增益；

步驟307：根據(jù)步驟304中的期望曝光時(shí)間與期望增益的乘積即步驟306中的期望增益，確定期望曝光時(shí)間。

至此，數(shù)字域TDI成像過程中的自適應(yīng)調(diào)光參數(shù)：積分時(shí)間、積分級(jí)數(shù)、增益及曝光時(shí)間四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)都得以確定。

本發(fā)明在一個(gè)面陣CMOS圖像傳感器的成像敏感區(qū)域上，利用面陣CMOS圖像傳感器的局部開窗能力，將成像敏感區(qū)域劃分為預(yù)拍區(qū)域和成像區(qū)域。預(yù)拍區(qū)域采用面陣成像模式，成像區(qū)域采用數(shù)字域TDI成像模式。本實(shí)施例通過建立面陣CMOS圖像傳感器預(yù)拍區(qū)域與TDI成像區(qū)域的參數(shù)關(guān)系映射模型，建立數(shù)字域TDI過程信噪比(SNR)及調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)模型，根據(jù)期望輸出灰度范圍及最大化信噪比與調(diào)制傳遞函數(shù)原則確定TDI成像區(qū)域的拍攝參數(shù)，大大提高了數(shù)字域TDI相機(jī)拍攝參數(shù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度，滿足在軌自適應(yīng)調(diào)整成像質(zhì)量的要求，彌補(bǔ)了數(shù)字域TDI成像系統(tǒng)在軌自適應(yīng)調(diào)整成像質(zhì)量的技術(shù)空白。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。