高速线阵相机作为卫星推扫拍摄和工业流水线检测应用中的专用相机,随着近年我国航天遥感卫星技术和工业领域机器视觉检测技术的高速发展,得到越来越广泛的应用。随着图像传感器技术的发展和相机应用场景的扩充,更高的图像数据速率,更低的图像噪声以及更复杂的现场环境对相机设计提出了更高的标准要求。本文在研究过程中,从理论研究和系统设计对相机设计、实现和应用中的关键问题提出解决方案,实现整机系统,最后在现场安装,进行反复应用测试,并展望更高标准。本文的主要工作和创新性成果如下:1.在相机电子系统设计方面,通过制作一款三线阵CCD相机,研究高速线阵CCD相机在驱动设计、电源版图设计和图像校正方面的问题。通过研究CCD传感器驱动电路设计方案和时序信号相位微调技术,正确驱动芯片发挥性能;设计了低噪声电源系统和版图方案;在图像校正方面,研究硬件实现的三线分离校正方案。最终制成相机成品,实现上述研究内容,并作为后期其他研究的基础平台使用。2.将噪声作为相机电子学设计评测中的重要指标展开研究。针对线阵相机各噪声参数定量研究较少的现状,通过数学推导所制线阵CCD相机的噪声模型,设计建议有效噪声测试平台,并创新性的通过多增益值下测试数据匹配的方式,从实际工作模式设置下的输出数据中求解各噪声分量具体数值。最终通过实测数据和理论数据的匹配证明噪声模型的正确性。3.针对航天遥感相机数据率高,归零质量管理对问题复现要求高的特点,通过研发数据接收模块、图像模拟源、存储阵列和硬件协处理器实现航天遥感相机测试整机设备。在完成相机电子学评测工作的同时,单个模块在系统长时间(大于1小时)连续存储速率指标达到1GBps,项目实际运用达到442.3MBps;图像异常检测速率指标达到2.4GBps,项目实际运用达到1.3GBps。整机系统成功应用我国多个星上项目现场检测中。4.针对相机数据率上升,数据传输实时性受影响的问题,在目标检测应用中提出集成在线实时检测模块的,智能高速线阵相机系统方案。通过输出目标区域切片,以切片保持检测需求中有效信息不变的方式降低数据率。经过系统方案研究、算法方案研究、硬件方案研究及测试方案研究,实现智能高速线阵相机系统并在工业现场搭建验证平台对设计方案进行研究验证。验证平台环境下的实验结果显示,在检测目标有效信息基本不丢失的情况下,智能相机系统方案输出数据率可降至原相机方案的0.05%。5.在智能相机试验平台实现过程中,针对制约高速三线阵CCD相机应用的色彩空间分离问题,以及现有相机方案三线分离校正量只能以像素级精度通过人工输入,不能自适应拍摄对象速度变化的现状。通过研究基于相机硬件的初步设置、精确估算、精确设置三个过程,将三线分离量设置从外界输入提升为自动适应,将三线阵相机输出图像校正精度从现有方案的像素级,提升10倍,达到精度为0.1个像素点的亚像素级。基于亚像素校正技术的三线阵相机能自适应拍摄对象速度变化,提升了相机的性能,还创新性的利用亚像素三线分离量数值,对拍摄对象进行非接触式测速,扩充了相机功能。本文对相机设计、实现和应用中关键问题提出的解决方法,成功应用在多个航天遥感领域和工业领域实际项目中,具有很好的应用价值。