[发明专利]一种多孔径变空间分辨率仿生热成像方法与装置

说明书

本发明公开了一种多孔径变空间分辨率仿生热成像方法与装置。使用本发明能够消除大视场搜索与高分辨率成像的矛盾，实现目标空间信息获取及运动目标快速检测，增加目标探测/识别能力。本发明利用多组具有一定倾角的单孔径红外成像探测器组件对目标进行成像，并形成视场部分重叠，将视场划分为多个子视场；重叠的探测器越多，则该区域分辨率越高；然后通过大视场拼接和高分辨图像处理构成类似仿人眼“大视场搜索、中心视场分辩”的视觉模式，实现多孔径变空间分辨率仿生热成像的基本功能，缓解大视场与高分辨率的矛盾；利用子孔径所形成的重叠视场形成视轴发散的多目立体视觉，可实现目标空间定位以及运动目标快速探测。

技术领域

本发明涉及光电探测和图像处理技术领域，涉及一种热成像系统的成像方法、成像理论和分布模式，具体涉及一种多孔径变空间分辨率仿生热成像方法与装置。

背景技术

红外热成像是当前国内外重点发展的关键技术。由于红外焦平面探测器阵列(InfraRed Focal Plane Array,IRFPA)相对硅基可见光CCD/CMOS探测器规模小得多，使得系统作用距离与成像视场的矛盾更为突出。多孔径成像技术是当前迅速发展的新型成像模式，可望解决或减缓传统单孔径热成像的诸多问题：1)大视场与高分辨率的矛盾；2)衍射限系统的小型化问题；3)单孔径成像未发挥光学并行处理；4)成像过程丢失景物三维信息问题；5)缺乏生物视觉对运动物体的自身检测、跟踪和判断能力。

人类与许多哺乳动物都具有堪称完美的“双目立体视觉系统”，但其成像视场分辨率并非均匀分布，而是从中心到边缘像素迅速降低，保证了对大视场的搜索及对关注目标的高分辨凝视辨别，结合双目交汇视场更可获得近距离或运动目标的空间定位。而诸如蜜蜂、蜻蜓等昆虫的复眼则是另一类理想的小型化、多孔径和大视场的视觉系统，虽然由于复眼子孔径很小，使昆虫视力较差，且对环境照度要求较高，但其对运动目标却具有很高的探测灵敏度，对光的强度、波长(颜色)和偏振等也有较强的分辨力等智能特征。目前人造光电成像系统大多为单目系统，不仅有限的探测器阵列在视场内均匀分布，造成成像视场与分辨率的相互限制，而且单目视觉欠缺运动目标空间定位、快速跟踪等智能特征。

综上所述，如何利用仿生原理设计实现多孔径变空间分辨率仿生热成像方法与装置，有效地解决大成像视场与高分辨率的矛盾，利用多目信息的互补和丰富，提高运动目标空间定位、快速跟踪和识别，是一个值得解决的关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多孔径变空间分辨率仿生热成像方法与装置，能够消除大视场搜索与高分辨率成像的矛盾，实现目标空间信息获取及运动目标快速检测，增加目标探测/识别能力。

本发明的多孔径变空间分辨率仿生热成像装置，包括多组单孔径红外成像探测器组件，所述各单孔径红外成像探测器组件的视场有重叠；具有相同重叠视场的各单孔径红外成像探测器组件，其成像图像之间具有亚像素的位移偏移。

进一步的，所述单孔径红外成像探测器组件主要由红外物镜和IRFPA(红外焦平面阵列)组成。

进一步的，所述单孔径红外成像探测器组件呈圆周均匀分布或阵列均匀分布。

进一步的，相邻的2个单孔径红外成像探测器组件的视场重叠率为10％～90％之间。

进一步的，相邻的2个单孔径红外成像探测器组件的视场重叠率为50％。

本发明还提供了一种多孔径变空间分辨率仿生热成像方法，采用上述的仿生热成像装置进行成像；其中，重叠视场的成像由该重叠视场上的多个单孔径的红外成像通过高分辨图像处理方法获得。

进一步的，所述重叠视场利用多个单孔径的红外成像采用非规则微扫描成像方法获得。

本发明还提供了一种目标空间定位方法，采用上述的仿生热成像装置进行定位；具体的，首先建立世界坐标系与各单孔径坐标系的转换模型，利用多个单孔径图像中空间目标像点的二维位置信息，联合确定出目标空间三维位置。