[发明专利]用于生成图像分辨率更佳的超分辨率图像的方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生成图像分辨率更佳的超分辨率图像(SR图像)的方法，其中拍摄不可见光谱范围内的一列由像素组成的单帧图像，并在优化过程中可通过将序列中的单帧图像借助抽样函数建模为SR图像的采样的方式而将单帧图像合成SR图像，。

背景技术

然而，在不可见光谱范围中，通过用于拍摄单帧图像的测量装置的探测器限定图像分辨率，其特点在于探测器尺寸过小且每测量面的探测器数量过多导致制造成本过高。

本发明要解决的问题在于，如何能在毋须提高探测器分辨率的情况下提高分辨率。

对此，人们已研究出一系列方法，这些方法可利用摄影机或探测器的移动将多个拍摄的单帧图像合成分辨率更佳的SR图像。

这种合成在此设计成可将单帧图像表达为SR图像的采样，通过这些采样可建模测量装置的光学性质及探测器的分辨率。

这些已知方法由此利用单帧图像之间的细微偏移实现SR图像的较高图像分辨率。然而在实践中，在单帧图像彼此偏差较大的情况下，例如由于拍摄对象移动或显著变化，在此仍会遇到一些问题。

在这种情况下存在的风险在于，SR图像还具有不包含在单帧图像内的伪像，因此在该情况下通常不采纳已拍摄的单帧图像序列，重新拍摄新的单帧图像序列来完成SR图像。

本发明还涉及一种测量装置，该测量装置具有用于拍摄不可见光谱范围内一列图像的装置。有利地，这种测量装置用于实施所述方法。

发明内容

本发明的目的在于，使前述方法更加稳健。

为解决该目的，根据本发明在上述方法中设置成，在第一步中，自动计算流向序列的单帧图像的光流并为每一单帧图像分配描述光流的位移向量场；在第二步中，将单帧图像分割成至少两个图块，其中每一图块内的像素分别在位移向量场值域的预定分区中具有位移向量；在第三步中，采取优化过程，其中对于图块，改变至少一个单独的可变参数。通过这些特征，可有利地实现根据图像内容将优化过程调整成可以不同于处理图像内容微弱变化或不变的图像范围的方式处理图像内容显著变化的图像范围。一种典型的可通过本发明良好处理的情况是处理代表在固定背景前移动对象的单帧图像。所提及的确实小于单帧图像并由此小于各单帧图像子集的图像范围通过所述分割区分为多个图块并准备用于下一处理过程。

优选地，单帧图像及SR图像是二维图像。

利用已知方法通过单帧图像的相互比较计算光流。作为计算结果的位移向量场逐像素地或局部地描述对应于像素或像素组的图像内容在单帧图像间移动。

呈现各单帧图像的像素上的位移向量场的总向量描述位移向量场的值域。在分区中将该值域分开，并分割成多个图块，对于这些图块，位移向量场接受分区中的位移向量。由此，单帧图像被分割成与位移向量场的值域分区数相同多个的图块。位移向量的长度分别描述两个单帧图像间局部图像内容移动的距离，因此可以这种方式将在其中单帧图像间的图像内容变化显著的图像范围与其中图像内容仅有细微变化或完全没有变化的图像范围区分开。位移向量的角度表明相对位移的方向，因此可以简单的方式将其图像内容在互异方向移动的图像范围区分开并分别单独考虑分开的图像范围。

这些图块在此可具有矩形，这种矩形状在分割中可根据其尺寸进行调整，或者还可采用具有非矩形的图块。这些图块可连续构成或由多个彼此分开的组成部分构成。

特别有利地，在根据本发明方法的预备步骤中利用测量装置的图像获取装置拍摄单帧图像并将其备用于下一处理过程。

在优化过程中，利用已知方法优化能量函数，该能量函数描述在拍摄单帧图像中使用的成像镜组以及在拍摄单帧图像中使用的探测器的成像性能。在优化中，改变SR图像及至少一个描述成像特性的可变参数，直至序列的单帧图像可通过抽样函数以尽可能小的误差表达为SR图像的采样。

出于数学描述成像性能，通常将算子应用于SR图像，该算子至少由利用与点扩散函数的卷积运算和分辨率归算组成。

本发明的优势在于，可分别将适当的可变参数或适当的可变参数组应用于各图块。通过这种方式，优化过程可更加适合于单帧图像的图像内容，由此增加该方法的稳健性。

例如可设置，在第三步中，对于每一图块，从相关分区选出位移向量并用于确定优化过程的起始点。其优势在于，在少数计算步骤之后即可得出结果，因此可缩短优化过程。

优选地，在一种设置中，在优化过程中分别遮蔽图块。通过这种方式可容易实现用于各图块的优化过程相互不受影响或干扰。在此，在遮蔽之下利用数字矩阵表达各图像的合成，由其隐藏无关或干扰性图像片段。