高速CMOS线阵传感器的空时滤波测速仪：理论与实验

"一种基于线阵CMOS型空时滤波器的新型空间滤波测速仪被开发，旨在解决速度测量中的方向模糊问题并提高测量精度。该系统利用高速CMOS线阵图像传感器设计了空时滤波器，通过理论分析探讨了其滤波特性。采用快速傅里叶变换(FFT)分析输出信号的频谱，并运用能量重心法校正频谱，从而降低了频率测量的不确定性。实验中，该测速仪应用于传送带速度测量，证实了空时滤波器在辨别运动方向上的有效性，并详细分析了速度测量的相对标准不确定度。结果显示，使用这种空间滤波测速仪后，速度测量的相对标准不确定度显著降低，可低于0.24%，且该值可通过优化空时滤波器参数进一步减小。关键词涉及测量技术、空间滤波、空时滤波器、图像传感器、运动方向识别和相对标准不确定度。" 本文详细介绍了一种创新的测速方法，即基于空时滤波器的空间滤波测速仪，它主要针对速度测量中的方向模糊问题和测量不确定性。在传统的速度测量中，由于目标物体的运动方向难以精确判断，可能导致测量结果的模糊，而这种新型测速仪通过空时滤波器的设计成功地解决了这一难题。 空时滤波器是该系统的核心，它基于高速CMOS线阵图像传感器构建。CMOS图像传感器因其高速、高集成度和低功耗等优点，在许多领域得到广泛应用。在设计中，滤波器的特性经过理论分析，确保了其在处理运动图像时能有效提取关键信息。 为了进一步提升测量精度，文章采用了快速傅里叶变换技术对输出信号进行频谱分析。FFT是一种高效计算信号频谱的方法，能够揭示信号在频域内的分布情况。通过对频谱进行能量重心法校正，可以更准确地确定频率成分，从而减小频率测量的不确定性。 实验部分，该测速仪被用于测量传送带的平移速度，验证了空时滤波器在区分运动方向上的效能。此外，实验还详细分析了速度测量的相对标准不确定度，发现使用这种新型测速仪后，不确定度显著降低，小于0.24%。这表明该系统在提高测量精度方面具有显著优势。作者指出，通过合理调整空时滤波器的参数，不确定度还有可能进一步减小。 这项工作为速度测量提供了一种新的、高精度的解决方案，特别是在需要高分辨率和低不确定度的场合，如工业自动化、交通监控和航空航天等领域，有着广泛的应用潜力。通过结合先进的图像传感器技术和空时滤波理论，该测速仪为未来的速度测量技术开辟了新的方向。