[发明专利]一种基于透射式双缝孔径编码成像系统及其超分辨方法

说明书

本发明公开了一种基于透射式双缝孔径编码成像系统及其超分辨方法，由成像主透镜组、4f中继透镜一、可编程LCD面板、4f中继透镜二、相机组成，通过拍摄一系列低分辨率图像后在傅里叶域进行凸集投影迭代，直至收敛，即可获得超分辨图像。本发明相对于现有可编程孔径成像系统，该装置不需任何机械扫描装置，结构简单，测量快速，操作简易，可稳定精确测量；相对于反射式编码成像系统，采用透射式编码成像系统可减少入射光的损失，提高成像质量。

技术领域

本发明属于计算光学成像技术，特别是基于透射式双缝孔径编码成像系统及其超分辨方法。

背景技术

随着科技的发展，人类进入一个全新的信息化时代，多领域对高分辨率图像需求也越发迫切。例如在军事侦查领域，高分辨率的图像可以提高识别军事目标的准确度和速度；在公共安全领域，视频监控中清晰的车牌号、人物特征等可以为事件的处理提供有效线索。但受当前半导体等制作工艺水平的限制，红外探测器的像元尺寸往往较大且探测器阵列的像元数目通常较少。因此，采集到的图像分辨率较低，采样频率不满足奈奎斯特采样定律，产生“图像像素化”问题，不足以应对人们对成像分辨率的需求。因此，提高图像分辨率是图像获取领域里追求的一个目标。

为了突破由CDD几何尺寸造成的分辨率现状，研究人员提出一种微扫描(孙鸣捷.超像素微扫描方法及相应的红外超分辨率实时成像装置:中国,CN201210451785.5,[P])的方法，通过对同一场景进行多次采样，用多幅相互之间有微小位移的时间序列低分辨率图像重建高分辨率图像。2005年，Solomon J等人提出了在成像系统的傅里叶平面放置一个掩模，这个掩模对物频谱进行编码成像之后再对像频谱进行解码(Solomon J,Zalevsky Z,Mendlovic D.Geometric superresolution by code division multiplexing[J].Applied optics,2005,44(1):32-40.)。虽然加掩模的方法可以克服由CCD两相邻素中心间距离引起的频谱混叠问题，但该方法忽略了CCD像素大小，将CCD像素看成理想的点，并没有解决由CCD每个像素的大小和形状引起的低通效应问题(刘晶丹,许廷发,荀显超,等.光学掩模实现几何超分辨成像的仿真[J].光学精密工程,2014,22(8):2026-2031.)。2017年邹晶等人提出了一种亚像素扫描超分辨成像方法(邹晶,耿星杰,廖可梁,等.基于亚像素扫描的超分辨技术在高分辨X射线显微镜中的应用[J].光子学报,2017,46(12):59-66.)，它可实现多帧同一场景下互有亚像素级位移图像的采集，从而优化最终成像质量。但这种方法需要额外的运动部件或是摆镜，系统十分复杂，并且由此重建高分辨率图像是一个非常困难的过程。所以如何在不使用机械扫描装置的前提下实现超越成像探测器分辨率限制的高分辨率成像成为了必须克服的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于透射式双缝孔径编码成像系统及其超分辨方法，既能降低相机所需的曝光时间，提高系统的图像采集速度，又能减少像差，提高信噪比，提高图片重构质量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于透射式双缝孔径编码成像系统及其利用该系统进行超分辨重构方法，该系统包括成像主透镜组、4f中继透镜一、可编程LCD面板、4f中继透镜二及相机，所述的4f中继透镜一及4f中继透镜二构成4f系统的透视式光路结构。在此光路结构中，将成像主透镜组的孔径平面成像到可编程LCD面板上，可编程LCD面板处于4f中继透镜一的后焦面上，可编程LCD面板同时也处于4f中继透镜二的前焦面上；相机位于4f中继透镜二的后焦面上。所述的成像主透镜组、可编程LCD面板、相机分别固定安装在光学平台上，在调节成像主透镜组的焦距时，相机与可编程LCD面板相对于成像主透镜组的位置保持不变，成像主透镜组对物体成像的一级像面落在4f中继透镜一前焦面上。