[发明专利]提高图像分辨率的方法和装置

权利要求书

1.用于提高成像系统FPA(焦平面阵列)等效奈奎斯特带宽的微变焦法，该方法包括以下步骤：利用一个光学放大率可改变的光学系统将一个一维或二维目标成像到FPA上形成相应的目标图像，FPA将目标图像转换成一个代表以一定抽样频率抽样的目标图像的电信号，构成一帧抽样图像；稍微改变光学放大率若干减一次，分别重复上述步骤，总共得到同一目标在不同抽样频率下的若干帧抽样图像；然后利用这若干帧抽样图像重建出混淆减少、等效奈奎斯特扩展及分辨率提高的图像，其中改变光学放大率的步骤可以采用以下三种方法中的任何一种：一是使用固定焦距的光学系统，沿着光轴改变目标与光学系统的相对位置——物距，并调整相应的像距聚焦成像，或者依照改变的像距再来调整物距，总之是焦距不变，通过改变像、物距来达到目的；二是采用可变焦距光学系统，如变焦物镜，选择不同焦距调焦成像，即可得到不同光学放大率；三是变焦、调整物距和像距结合进行。

2.根据权利要求1的微变焦法，其中稍微改变光学放大率若干减一次的步骤包括：光学放大率改变次数至少等于微变焦级数减一(一维)或微变焦级数的平方减一(二维)。

3.根据权利要求1或2的微变焦法，其中若干帧抽样图像中的每一帧抽样图像都被模数转换成一个相应的图像样本矩阵；并且其中利用若干帧不同抽样频率的抽样图像重建出混淆减少、奈奎斯特带宽扩展及分辨率提高的图像的重建步骤包括：对模数转换成的各帧图像样本矩阵进行傅里叶变换或余弦变换得到相应频谱，然后通过递推公式或最小二乘法联立方程求解等数学方法解出原目标频谱，最后通过逆傅里叶变换或逆余弦变换得到分辨率提高的图像；或者对各帧图像样本矩阵进行与上述频域处理相对应的空域处理。

4.根据权利要求1至3中任一项的微变焦法，其中FPA包括CCD(电荷耦合器件)、光敏二极管阵列和其他光电探测器阵列，并且这些器件的工作波段可以是红外、可见光、紫外波段或它们的结合。

5.根据权利要求1至4中任一项的微变焦法，其中利用已知的或测得的光学系统和FPA的光学传递函数来补偿由FPA探测到的抽样图像所受到上述两个光学传递函数的影响，或者，这一补偿也可以在其后任何适当的步骤中进行。

6.用于实现微变焦法的微变焦装置，该装置包括：用于将目标成像到FPA面上形成目标图像且能够稍微改变光学放大率的光学系统；用于对目标图像进行抽样的FPA，其中FPA位于像面并能将目标图像的光强分布转换成一个代表以一定抽样频率抽样的目标图像的电信号，构成一帧抽样图像；以及用于根据FPA输出的两帧或多帧代表具有不同抽样频率的抽样图像重建成一帧混淆减少、奈奎斯特带宽扩展及分辨率提高的图像的微变焦重建装置，其中改变光学系统光学放大率的方式可以是以下三种方式中的任何一种：一是光学系统的焦距固定，沿着光轴改变目标与光学系统的相对位置——物距，并调整相应的像距聚焦成像，或者依照改变的像距再来调整物距，总之是焦距不变，通过改变像、物距来达到目的；二是采用可变焦距光学系统，如变焦物镜，选择不同焦距调焦成像，即可得到不同光学放大率；三是变焦、调整物距和像距结合进行。

7.根据权利要求6的微变焦装置，其中的微变焦重建装置包括：用于将每帧抽样图像转换成一个相应图像样本矩阵的模数转换装置；以及用于实施 3所述微变焦重建步骤的装置。

8.根据权利要求6或7的微变焦装置，其中还包括用于利用已知的或测得的光学系统和FPA的光学传递函数来补偿由FPA探测到的抽样图像所受到上述两个光学传递函数的影响的装置。

9.根据权利要求6至8中任一项的微变焦装置，其中的重建步骤和/或补偿算法可以通过软件实施，也可以通过硬件实施，还可以通过软、硬件结合来实施。