CN106534632B - 同步扫描成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步扫描成像系统，用于在人工照明条件下的成像，包括照明设备和具有CMOS图像传感器的成像设备，且均位于扫描成像目标的同一侧，所述成像设备与所述照明设备间距大于设定最远成像距离的1/2，其特征在于所述成像设备利用CMOS图像传感器滚动曝光电子快门，所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束对成像目标区域逐行扫描并与所述成像设备滚动曝光同步。本发明提供的同步扫描成像系统减少了照明光的后向散射区体积，实现方便、快速同步扫描控制。

Description

同步扫描成像系统

技术领域

本发明涉及成像设备技术领域，具体涉及到一种同步扫描成像系统。

背景技术

在水下、大雾或夜间等具有存在强烈的光散射环境里，相机在拍摄过程中，采集图像时因伴随大量散射光进入到相机镜头而使得图像质量受到严重影响。这是由于散射光分为前向散射和后向散射，前向反射是沿光的传播方向的散射，后向反射是与入射光相反方向的散射，在夜间或深水中通常采用人工照明进行拍照或视频，由于人工照明条件下一般光源与相机都在相同的一侧，照明光本身要远比成像目标的漫反射光强，照明光被后向散射返回射入镜头的散射光，也远比目标漫反射光经前向散射造成的散射光更强，所以后向散射是首要克服的因素。

目前比较典型的解决方案技术是脉冲激光照明的距离选通成像，其采用大功率脉冲激光发出后触发高速CCD相机快门延迟曝光，在比成像目标更近的空间内产生的后向散射光传播距离和时间较短，在快门开启之前到达相机从而被滤除，接收到的则是预定距离的目标光学图像信号和部分前向散射光，这样成像质量也得到明显的改善。但是这种技术所需要纳秒量级快门响应速度的高速增强型CCD（ICCD）和大功率脉冲激光器，其造价非常昂贵，除高端应用领域以外难以适应普遍的需求，并且这种凝视型超短时间曝光成像对激光照明强度有特定要求，照明和成像的视角较窄，一般大范围成像面积的照明光强度难以达到高速相机的灵敏度要求，同时由于采用高灵敏度的像增强管真空器件图像噪声也比较大。

为此，现有技术中，有采用相机与光源分离的方法，水下环境中如图1（a）所示，可避免一部分相机近处的散射光进入到镜头，不过靠近光源一侧的像素行与远离光源的另一侧相比，会因发生光散射的区域较大而比较模糊一些。如果在二维成像中的某一维方向上，采用图1（b）窄视角成像，且照明范围刚好与成像区域重叠，即可显著降低光传播空间中的光散射区域。进一步按图1（c）的同步扫描成像方式，即在二维成像的像素行列上，每一次成像沿列方向采用比较窄的视角，照明也采用呈线状的一维窄束光（1字形）对准每一次成像的目标区域，经过在成像目标的空间上顺序扫描多次成像的结果可以合成一幅宽视角的完整图像，这种照明光束对准成像曝光目标区域类似于扫描仪的方式称为同步扫描成像。诸如船舶包括潜艇、海上/海下固定设备平台经常具有足够的长度来提供这种安装所需要的一维空间。过去常对单个光电检测器件如光电倍增管进行二维扫描驱动，或对线阵CCD进行一维轴向旋转或平移而进行扫描，成像速度较慢且对驱动机械的精度要求较高，稳定性也难以保证。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。

本发明提出的一种同步扫描成像系统，包括照明设备和具有CMOS图像传感器的成像设备，且均位于待扫描成像面扫描分区的同一侧，即位于成像目标的同侧，所述成像设备与所述照明设备间距大于设定最远成像距离的1/2， 所述成像设备利用CMOS图像传感器滚动曝光电子快门，所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束对成像目标区域扫描并与所述成像设备滚动曝光同步。本发明就是利用了这种滚动曝光过程进行扫描成像，即所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束于成像目标上的空间区域及其移动的速度与所述成像设备逐行滚动曝光对应成像目标的空间区域和滚动速度同步一致，实现了CMOS相机一帧曝光时间内的同步扫描成像。

进一步地，所述成像系统包括触发所述成像设备的电子快门和驱动所述照明设备进行光束扫描同步的控制电路，所述控制电路通过输出第一路脉冲触发所述成像设备的外部触发端口打开电子快门，且通过输出第二路信号控制所述照明设备点亮或熄灭，所述第一路触发脉冲产生后延迟T1后再产生第二路脉冲控制所述照明设备发出线状或窄带照明光束，T1为所述成像设备电子快门开启的触发延迟，并且所述线状或窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与成像设备的电子快门对成像目标上的滚动曝光速度相同，以获得与成像设备的原帧速相同的同步扫描成像速度，所述照明设备为发光二激光（LED）或激光二极管（LD）经透镜分别会聚成一字形窄带或线状光束的光源。

进一步地，所述照明设备包括多个产生线状或窄带照明光束的光源，从所述成像设备的快门被触发开启到滚动曝光结束期间，所述照明设备在第二路脉冲时序驱动下依次先点亮再熄灭进行匀速扫描，且所述上一个照明光源熄灭的同时点亮下一个照明光源，各个光源发出的光束按顺序同步照亮所述CMOS图像传感器滚动曝光对应的目标区域。

照明光束扫描的另外一种方案是，所述照明设备包括点光源和空间光调制器，所述点光源产生的光通过空间光调制器后形成窄带照明光束投射到成像目标上匀速扫描，且所述窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与所述CMOS成像设备的滚动曝光速度相同。其中所述点光源为大功率密度的气体放电光源。

照明光束扫描的第三种方案是，所述照明设备包括单一光源和光束等空间距离匀速调节机构，所述光束等空间距离匀速调节机构将所述光源产生的线状照明光束投射到所述成像目标上匀速扫描，且所述线状光束在成像目标上的扫描速度与所述CMOS成像设备的滚动曝光速度相同。

一个具体的实施方式，所述光束等空间距离匀速调节机构包括反射镜、折射透镜和驱动所述反射镜匀速旋转的反射镜旋转部，所述反射镜为平面反射镜，所述折射透镜为楔块状，其中折射透镜的入光面为楔块的斜向曲面，出光面为楔块的水平面，所述折射透镜的斜面为曲面并满足多项表达式y = a₁x + a₂x² + … + a_nxⁿ，其中 x为楔块的水平面线坐标，y为入光面的表面高度线，a_n为多次项系数，用于拟合透镜曲面，用多项式拟合该曲面的最高项次n至少为4，即n ≥ 4。所述光源的光被所述反射镜发射向所述折射透镜，并经所述折射透镜折射后等距匀速的投射在成像目标上。所述线状光束被所述反射镜反射再经过所述折射透镜折射后以匀速扫描成像面目标，反射镜的反射面将所述光源的单一光束直接反射到成像目标并以均匀的线速度扫描。

另一个具体的实施方式， 所述光束等空间距离匀速调节机构包括反射镜和驱动所述反射镜匀速旋转的反射镜旋转部，所述反射镜的反光面为沿旋转方向弯曲为一个曲面，并满足多项表达式y = a₁x + a₂x² + … + a_nxⁿ，其中 x为径向距离，y为反射镜面偏离径向的垂直距离，a_n为多次项系数，用于拟合透镜曲面，用多项式拟合该曲面的最高项次n至少为4，即n ≥ 4。匀角速度旋转的所述反射镜将所述光源的单一光束直接反射到成像目标并以均匀的线速度扫描。

进一步地，在所述反射镜的反光面前方设置有用于监测反射光信号的光电二极管，所述反射光信号被所述光电二极管转换为电信号，再经过放大和可调脉冲延迟电路后作为成像设备快门开启的触发信号，将光束扫描与CMOS成像设备的滚动曝光的初始时刻同步关联。

本发明提供的同步扫描成像系统，成像设备与照明设备位于成像目标的同一侧且所述成像设备与所述照明设备相互间距大于设定最远成像距离的1/2，减少了后向散射光对成像质量的影响；所述成像设备利用CMOS图像传感器滚动曝光电子快门，所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束对成像目标区域扫描并与所述成像设备滚动曝光同步，所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束于成像目标滚动曝光行上移动的速度与所述成像设备受控对成像目标逐行滚动曝光速度同步一致，减少了照明光的后向散射区体积，改善了成像质量，不需要对成像设备进行移动或旋转的机械调整动作，只需要利用外部触发端口触发电子快门滚动曝光，同时控制照明光束与所述成像设备的滚动曝光对应的成像目标区域在空间和时间上一致，可以快速地扫描成像。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中的减少光散射原理及同步扫描成像系统示意图；

图2为本发明利用CMOS图像传感器的卷帘式快门，配合以线状或窄带光束与其滚动曝光同步扫描，实现单帧视频周期内的同步扫描成像方法示意图；

图3为本发明的同步扫描成像系统在全场照明闪光脉冲对触发脉冲上升沿不同延迟下，CMOS相机快门造成的局部像素行曝光图像和单帧曝光时间测量方法示意图；

图4本发明的同步扫描成像系统在采用多个光源闪光照明时，在流水灯控制方式下，基于CMOS相机曝光的单帧同步扫描成像过程中，相机触发与曝光周期及5个半导体激光器（LD1～LD5）光源的驱动时序图；

图5为本发明的同步扫描成像系统采用空间光调制器控制照明光束进行同步扫描成像的硬件结构示意图;

图6为平面反射镜匀速旋转时，反射光线以等角度间隔落在待成像面上的间距变化即扫描速度的变化示意图；

图7为本发明的同步扫描成像系统在平面反射镜匀速旋转时，反射光线以等角度间隔经过楔子状透镜折射后落在待成像面上的形成等空间距离间隔变化曲线示意图，该曲线也表示光束扫描速度的变化；

图8为本发明的同步扫描成像系统在曲面反射镜匀速旋转时，反射光线以等角度间隔落在待成像面上后形成的等空间距离间隔变化曲线示意图，该曲线也表示光束扫描速度的变化。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图8做进一步的描述。

如图1中1(c)所示，一种同步扫描成像系统，包括具有光源的照明设备和具有CMOS图像传感器的摄像机（成像设备），简称CMOS成像设备，所述摄像机与所述光源位于成像目标的同一侧，且所述摄像机与所述光源相互间距L大于设定最远成像距离H的1/2，如此可以减少照明光在成像区域上的后向散射光，减少后向散射光对摄像的影响，提升摄像的清晰度，如图2所示，所述成像系统利用CMOS图像传感器卷帘式快门（rolling shutter）滚动曝光方式，所述光源受控发出线状或窄带照明光束于成像目标扫描，且移动的速度与所述成像设备对成像目标的卷帘式曝光滚动速度同步一致，从而在所述CMOS成像设备滚动曝光的部分像素行所对应的成像目标局部区域，正好同时也是光源的线状或窄带光束所照亮的区域，，即所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束对成像目标区域逐行扫描并与所述成像设备滚动曝光同步，实现快速同步扫描成像。

一个具体实施例中，所述成像系统包括触发所述CMOS成像设备的电子快门和驱动所述照明设备进行光束扫描同步的控制电路（未示出），所述控制电路通过输出第一路脉冲触发所述成像设备的外部触发端口打开电子快门，且通过输出第二路脉冲信号控制所述照明设备点亮或熄灭。实施过程中，在每一帧成像之前的光源点亮和光束扫描与相机曝光的同步采取方式是利用具有外部端口触发电子快门的工业相机，在触发相机开始曝光的同时点亮光源并开始扫描，这样保证了两者初始相位相同，从触发脉冲上升沿到相机快门打开有一定的延迟时间，如图3和图4所示，第一路触发脉冲上升沿后经过时间T1后成像设备的快门开启进行曝光，T1为所述成像设备电子快门开启的触发延迟，这个延迟在每次触发都是固定的，对于光源的控制附加一个同样时间T1的延迟即可，即触发脉冲延迟T1后再产生第二路闪光脉冲控制所述照明设备发出线状或窄带照明光束。每帧曝光周期内照明光束对准目标局部区域，并且线状或窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与成像设备的电子快门对成像目标上的行滚动曝光的速度相同。这样获得与CMOS图像传感器原来帧速相同的同步扫描成像速度，可适合于船舶对海底和飞机在夜间大雾下对地面的快速搜索。

CMOS图像传感器在帧成像周期内的曝光时长可利用其卷帘效应来测量，如图3所示，在第一路脉冲触发相机快门后利用第二路脉冲控制大功率LED发散光源覆盖所述成像设备的整个视角范围闪光，由于滚动曝光周期长而闪光照明时间短，虽然光源是全场照明光而不是局部，在采集到的图像中看到的结果是仅少数像素行被曝光而其它像素行是黑的，如图3所示。逐渐调节全场照明的闪光脉冲在相机触发脉冲后的延时，会看到这些高亮度的像素行随着闪光脉冲延时的加大逐渐往图像下方滚动，在看到高亮度像素行出现在图像底部和顶部的延时差，就是曝光周期时长。

具体实施例中，所述照明设备包括多个产生线状或窄带照明光束的光源，从所述CMOS成像设备的快门被第一路脉冲触发开启到曝光结束期间，所述照明设备在第二路脉冲时序驱动下依次先点亮再熄灭进行匀速扫描，且所述上一个照明光源熄灭的同时点亮下一个照明光源，各个光源发出的光束按顺序同步照亮所述CMOS图像传感器滚动曝光对应的目标区域。实施过程中，照明设备采用多个LED长条形窄带光源、或半导体激光器（LD）1字形线状光源，如图4所示，多个半导体激光器（LD）各自对准目标相应的局部区域，并在所述CMOS成像设备触发后依次在对应照亮区域曝光的时间点亮，而在其它时间熄灭，如此实现扫描照明控制。进一步的，将具有多个半导体激光器（LD）分两组对称地安装在相机（摄像机）两侧，这样使得成像中央区域散射光最少且照明光强分布比较对称,不过光源布局和布线稍复杂一些。这种按次序流水式点亮灯产生光束的控制方式比较容易在空间和时间上实现与相机（摄像机）曝光的同步，更适合于散射环境中的小型平台短距离成像。一般LED聚束透镜的最小发散角在5度左右，实际使用时大功率LED在汇聚光束边界以外仍然有较强的发散光，故在成像区域只分为4～5个分区进行扫描，但作为高性能和成熟的产品它可大量使用且成本相对较低，长条形窄带光束可由多个LED的圆形光束形成，即每一个光束由一组LED提供，这样就同时也加大了发射功率和照明亮度。另一方面，LD线状光束沿发射平面侧向的发散角则很窄，这样扫描范围可以比较密集地分区，更有效地减小光散射的区域，同时LD的“一”字形和“十”字形光束都有比较成熟的光学设计和产品，结构非常紧凑而便于安装，当然其接近于一条直线的光束横截面，有可能只在目标上照亮一些很窄的线条光斑，不过在散射环境中，实际上窄束光打到目标上的时候会因散射而发散开，照明光束的前向散射光可以足够地照亮邻近区域的目标表面，所以对LD窄束光不需要专门的扩束设计。

又一个具体实施例，如图5所示，所述照明设备包括点光源和空间光调制器，所述光源产生的光通过空间光调制器后形成窄带照明光束依次投射到成像目标上，且窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与CMOS成像设备的滚动曝光速度相同。FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)分别与空间光调制器、CMOS相机的触发端口以及PC机连接，PC机还与CMOS相机连接以获取CMOS相机所采集到的图像，由FPGA控制空间光调制器和相机触发端口，单个近似点光源经过空间光调制器，设计一定的动态图案，可像投影机一样任意变换光束的形状并在投影范围内进行扫描。当然与光学引擎已经完全封装的投影仪相比，空间光调制器具有更强的可编程能力和接口控制功能以及更高的帧速，所以对扫描光束的形状和尺寸、扫描速度、光强分布是通过软件达到与其分辨率相同的像素级控制。点光源尺寸要尽可能小以使得空间光调制器的输出光具有良好方向性，所以一般使用的大功率密度的气体放电光源，典型的有金属卤化物灯、氙灯和投影仪常用的超高压汞灯。

这种采用空间光调制器的方式可具有较好的软件控制功能和自动化程度，包括CMOS相机曝光周期时长自动检测、成像范围检测和根据成像距离自动调节照明扫描区域、以及照明与曝光同步检测和调节等方面的控制。空间光调制器有液晶透过式和数字微镜（DMD）反射式，采用后者具有较高的出光效率和帧频，扫描时只需要控制不同位置输出光是点亮还是熄灭，相当于1个位的灰度级，这种情况下DMD的帧频可以达到1000帧/秒以上，完全满足同步扫描的时间精度要求，同时在空间上也达到像素级的控制精度。具体实施过程中，首先可自动检测相机采集每帧图像的曝光周期时长，触发CMOS相机并在触发延迟时间之后，由空间光调制器控制其所有像素输出一个较短脉冲的全局照明闪光，逐渐调节闪光脉冲在触发脉冲之后的延时并将采集到的图像进行分析；再由空间光调制器以持续照明方式逐渐改变输出光照明的空间范围，通过采集到的图像可判断和确定与相机视角范围最适合的扫描范围；扫描成像时，在一帧曝光周期内完成一个扫描空间周期前提下，逐渐调节在触发脉冲后扫描开始的延迟时间，也就是寻找相机在触发脉冲后快门开启的延迟，使采集到的图像达到最高像素平均灰度，则是最佳同步效果。所有这些过程都可在软件中对空间光调制器的控制和相机采集图像的实时分析处理来实现。

再一个具体实施例，所述照明设备包括光源和光束等空间距离匀速调节机构，所述光束等空间距离匀速调节机构将所述光源产生的线状照明光束依次匀速等距的投射到所述成像目标上，且窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与CMOS成像设备的滚动曝光速度相同。在远距离成像和照明使用大功率激光器（例如倍频输出绿光的YAG激光器）成本较高的情况下，采用机械方法控制反射镜旋转，如图6所示，可利用单一光源进行扫描。反射镜按角速度的匀速转动是容易实现的，如果简单地经过匀角速度旋转的反射镜扫描，反射光束在成像面上空间距离的扫描速度是不等的。如果光源至成像面的垂直距离为H，光束与垂直线的夹角为θ，光束扫描位置为x = H*tanθ；反射镜旋转一个角度dθ，则反射光方向改变的角度为2dθ，光束在成像面上的空间距离扫描速度为dx/dt = H / cos²θ* 2dθ/dt = 2ωH / cos²θ，其中ω为反射镜旋转的角速度。如图6所示，反射镜旋转相同的角度将光束反射到成像的水平面上以后，将每个等角度跨过的距离用各自端点成比例的竖直高度表示，扫描间隔距离和速度完全是变化的，不利于同步控制，因为CMOS图像传感器的卷帘式快门曝光过程沿像素行滚动的速度是均匀的。本实施例的技术方案为，通过光束等空间距离匀速调节机构，可将所述光源产生的线状照明光束匀速等距地投射到所述成像目标上，就可以通过控制反射镜旋转速度，使所述大功率激光器发出的连续线状光束经反射后，在成像目标上的扫描速度与所述CMOS成像设备对成像目标曝光的滚动速度相同，从而实现同步控制。具体为通过折射式和反射式的几何光学设计，以校正光线经过反射镜转动后反射光在成像面上的投射点，使每两个相邻投射点的间距都相等，使反射镜匀角速度旋转时反射光束在成像空间在距离上也匀速扫描。

一个具体实施方式如图7所示，所述光束等空间距离匀速调节机构包括平面反射镜、折射透镜和驱动所述平面反射镜旋转的平面反射镜旋转部，所述折射透镜为楔块状，其中入光面为楔块的斜面，出光面为楔块的水平面，所述楔形透镜斜面为曲面并满足多项表达式：y = a₁x + a₂x² + … + a_nxⁿ，其中 x为楔块的水平面线坐标，y为入光面的表面高度线，a_n为多次项系数，用于拟合透镜曲面，用多项式拟合该曲面的最高项次n至少为4，即n≥ 4。在根据折射定律的程序计算中调整各项系数，并且最高次n到4次项可达到扫描速度基本均匀的要求，结果如图7展示多条相等角度间隔被反射的光线，经过折射校正后到达扫描成像平面上位置接近等间隔距离，从而可以实现距离上的匀速扫描。进一步的，平面反射镜在转轴另一端也为反射面，转轴位于平面反射镜的中心，从而可以提高扫描频率。所述大功率激光器发出的线状光束在其发射平面上光线呈点光源出发的射线方向而非平行光，光线沿与xy平面垂直的侧视方向z轴的偏离未表示出来，因而采取二维光路设计与三维空间光线的入射角有所不同。不过三维空间的光路设计与图7和图8所表示的基本方法相同，得出的透镜或反射镜除在z轴方向有一个近似弧形的校正以外，沿光线扫描方向的表面只是由二维曲线转换为横截面形状类似的曲面表示。用于水下成像时，系统安装在密封容器内，照明光束出射的透明窗口制作成与每一处光线垂直的曲面，如图7右侧下方虚线所示，则不会再发生折射改变扫描速度。

另一个具体实施方式如图8所示，所述光束等空间距离匀速调节机构包括反射镜和驱动所述反射镜旋转的反射镜旋转部（图中未示出），所述反射镜的反光面为沿旋转方向成斜向曲面状，在距离转轴一定径向距离处开始弯曲，并满足多项表达式y = a₁x + a₂x² +… + a_nxⁿ，其中 x为离开始弯曲处的径向距离，y为弯曲距离即反射镜面偏离径向的垂直距离，a_n为各次项系数，用于拟合透镜曲面，用多项式拟合该曲面的最高项次n至少为4，即n≥ 4。匀角速度旋转的光入射到反射镜的位置偏离转轴一定距离,这个距离可以在根据需要调试确定，该距离越小反射曲面的曲率变化就要设计越大，对反射曲面的加工精度要求越高，尺寸可以做得越小。反之则加工精度要求越低，不过尺寸则越大。由此反射镜旋转时入射点处在不同法线方向的不同曲面位置上，由此改变了反射镜转到不同角度的反射光方向，经过多项式各系数的调整使曲面反射光也可达到接近于匀速扫描的结果。在转轴的180º角另一侧也有具有相同反射面以便在旋转时保持对称和稳定，即反射镜的反射面相对于转轴中心对称的设置2片，在不遮挡入射光和反射光的前提下亦可设计120º或90º角度等间隔安装为3片或4片这样的反射面以提高扫描频率。同样用于水下成像安装于密封容器内时，照明光线的出射窗口与图7所示的类似，在每处其表面与出射光线垂直，则不会再发生折射改变扫描速度。

在一个实施例中，在所述反射镜的反光面前方设置有用于监测反射光信号的光电二极管，所述反射光信号被所述光电二极管接收转换为电信号，经过放大和可调脉冲延迟电路后作为成像设备快门开启的触发信号，并将光束扫描与成像进行同步关联。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的创造性精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同步扫描成像系统,用于在人工照明条件下的成像，包括照明设备和具有CMOS图像传感器的成像设备，且均位于扫描成像目标的同一侧，所述成像设备与所述照明设备间距大于设定最远成像距离的1/2，其特征在于所述成像设备利用CMOS图像传感器滚动曝光电子快门，所述照明设备受控发出线状或窄带照明光束对成像目标区域扫描并与所述成像设备滚动曝光同步；

所述成像系统包括触发所述成像设备的电子快门和驱动所述照明设备光束扫描同步的控制电路，所述控制电路通过输出第一路脉冲控制所述成像设备的外部触发端口打开电子快门，且通过输出第二路信号控制所述照明设备点亮或熄灭，所述第一路触发脉冲产生后延迟T1后再产生第二路脉冲控制所述照明设备发出线状或窄带照明光束，T1为所述成像设备电子快门开启的触发延迟，并且所述线状或窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与成像设备的电子快门对成像目标上的行滚动曝光的速度相同，以获得与成像设备的原帧速相同的同步扫描成像速度，所述照明设备为发光二激光（LED）或激光二极管（LD）经透镜分别会聚成一字形窄带或线状光束的光源；

所述照明设备包括多个产生线状或窄带照明光束的光源，从所述成像设备的快门被触发开启到滚动曝光结束期间，所述照明设备在第二路脉冲时序驱动下依次先点亮再熄灭进行匀速扫描，各个光源发出的光束按顺序同步照亮所述CMOS图像传感器滚动曝光对应的目标区域。

2.如权利要求1所述同步扫描成像系统，其特征在于，所述照明设备包括点光源和空间光调制器，所述点光源产生的光通过空间光调制器后形成窄带照明光束与所述CMOS图像传感器的滚动曝光进程同步依次投射到成像目标上，且所述窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与所述CMOS成像设备的滚动曝光速度相同。

3.如权利要求2所述同步扫描成像系统，其特征在于，所述点光源为大功率密度的气体放电光源。

4.如权利要求1所述同步扫描成像系统，其特征在于，所述照明设备包括单一光源和光束等空间距离匀速调节机构，所述光束等空间距离匀速调节机构将所述光源产生的窄带照明光束依次匀速等距的投射到所述成像目标上，且所述窄带照明光束在成像目标上的扫描速度与所述CMOS成像设备的滚动曝光速度相同。

5.如权利要求4所述同步扫描成像系统，其特征在于，所述光束等空间距离匀速调节机构包括反射镜和驱动所述反射镜匀速旋转的反射镜旋转部，所述反射镜的反光面沿旋转方向即垂直于径向的方向弯曲，并满足多项表达式y = a₁x + a₂x² + … + a_nxⁿ，其中 x为径向距离，y为反射镜面偏离径向的垂直距离，a_n为多次项系数，所述反射镜的反射面将所述光源的光反射到成像目标。

6.如权利要求4所述同步扫描成像系统，其特征在于，所述光束等空间距离匀速调节机构包括反射镜、折射透镜和驱动所述反射镜匀速旋转的反射镜旋转部，所述反射镜为平面反射镜，所述折射透镜为楔块状，其中折射透镜的入光面为楔块的斜向曲面，出光面为楔块的水平面，所述折射透镜的斜面为曲面并满足多项表达式y = a₁x + a₂x² + … + a_nxⁿ，其中 x为楔块的水平面线，y为入光面的表面高度线，a_n为多次项系数，所述光源的光被所述反射镜发射向所述折射透镜，并经所述折射透镜折射后等距匀速的投射在成像目标上。

7.如权利要求5或6所述的同步扫描成像系统，其特征在于，在所述反射镜的反光面前方设置有用于监测反射光信号的光电二极管，所述反射光信号被所述光电二极管接收转换为电信号，再经过放大和可调脉冲延迟电路后作为成像设备快门开启的触发脉冲信号，并将光束扫描与成像进行同步关联。