[发明专利]一种超分辨率大视场红外成像方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及红外图像处理技术领域中的图像采集与重构，具体是一种超分辨率大视场红外成像方法。本发明通过图像的多孔径压缩采样与重构，可以实现红外场景的超分辨率大视场成像。

背景技术

现在传统的成像系统主要是单孔径成像系统。由于单孔径成像系统视场小，分辨率低的局限性，对数据采集端的光电探测器造成了浪费，增大了传输，数据处理成本，难以满足图像处理技术领域中对目标图像的探测与跟踪的要求。

西安电子科技大学在其申请的专利“基于压缩感知孔径的超分辨率成像系统及成像方法”（专利申请号201110329866.3，公开号CN102438102A）中公开了一种通过低分辨率采样及图像重构的超分辨率成像方法。该方法基于压缩感知理论设计制作孔径编码模板，置于系统的孔径光阑处，对于整个光场进行混叠，利用低密度的红外探测器阵列获得低分辨率编码图像，最后通过优化解码重建生成超分辨率图像。该方法解决了现有技术红外成像代价昂贵的问题，但是，该方法仍然存在的不足是，单通道成像系统的视场角小，不能在大视场范围生成超分辨率图像。

哈尔滨工业大学在其申请的专利“球面成像装置及其成像方法”（申请号201001173948.9，公开号CN101867709A）中公开了一种使用球面成像装置的大视场成像方法。该方法采样的球面成像装置由光电转换单元和信号处理单元组成，通过实验测量获得系统点扩散函数，记录目标图像在接收面上的光强分布，最后进行采样频域变换和逆滤波获得大视场图像。该方法存在的不足是，球面成像装置的光学系统结构复杂，需要测量系统点扩散函数，没有生成超分辨率图像，不能解决现有技术中难以通过减小像元尺寸或增加像元数量的方式提高成像分辨率的问题。

Shankar M和Willett R,Pitsianis N.P等人在论文“Thin infrared imaging systems through multichannel sampling.”（《Applied Optics》2008.47(10):B1-B10）中提出一种利用多孔径成像获得超分辨率红外图像的方法。该方法利用多孔径成像系统获得多幅具有亚像素偏移的多孔径单元图像，通过图像重构算法整合所有单元图像信息，获得超分辨率红外图像。该方法存在的不足是，文中采用非线性重构方法对多孔径单元图像进行重构，计算复杂度高，孔径间需要高精度的亚像素偏移，存在较大配准误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种超分辨率大视场红外成像方法。本发明可以显著增大系统成像视场，改善图像信噪比，生成超分辨率图像，节省成像单元。

实现本发明的基本思路是：建立多孔径成像模型，并设计压缩编码孔径模板，置于成像系统的孔径光阑处，在红外探测器上获得低分辨率压缩编码图像阵列，对每一个低分辨率压缩编码单元图像采用稀疏优化重构算法进行解码重建，最后整合所有孔径信息，获得红外超分辨率大视场图像。

为实现上述目的，本发明的具体步骤如下：

(1)建立多孔径成像模型：

1a)在红外探测器阵列中心前端设置N×N的微透镜阵列，相邻微透镜间距为d，微透镜阵列与红外探测器平面之间的距离等于微透镜阵列的焦距。

1b)在微透镜阵列中的每个微透镜四周添加挡板，每一个微透镜形成一个孔径成像，微透镜阵列形成多个孔径成像，完成多孔径成像模型建立。

(2)设置压缩编码模板：

2a)在空间光调制器的工作区域模板的左上角上，划分出一个大正方形区域，该大正方形区域边长等于单个微透镜通光孔径的直径。

2b)在大正方形区域上，按水平和垂直方向划分出M×M个小正方形区域，M为大于单个微透镜对应的红外探测器阵列像元行列数的正整数，将大正方形区域中的小正方形区域随机地设置成50%通光和50%不通光，得到设置好的光调制器区域。

2c)将设置好的光调制器区域，以相邻微透镜间距d为间隔，按水平和垂直方向分别复制N次，得到压缩编码模板。

(3)获取低分辨率压缩编码图像阵列：

3a)将多孔径成像模型放置在光学系统的采集端，使该多孔径成像模型的红外探测器平面与光轴垂直。

3b)将压缩编码模板置于光学系统的孔径光阑处，压缩编码模板上的每个大正方形区域中心与每个微透镜中心对准。

3c)按下光学系统的快门，在红外探测器上获得包含N×N幅低分辨率压缩编码单元图像的低分辨率压缩编码图像阵列。

(4)重构压缩编码图像阵列：