[发明专利]基于微纳运动平台的超分辨率重构系统及重构方法

说明书

本公开提供了一种基于微纳运动平台的超分辨率重构系统及重构方法。其中，基于微纳运动平台的超分辨率重构系统，包括：微纳运动平台，所述微纳运动平台上连接有观测物；图像采集装置，所述图像采集装置安装在显微镜的目镜上，显微镜的物镜位于微纳运动平台的正上方且可观测到观测物；信号处理装置，所述信号处理装置被配置为向微纳运动平台传送位置指令，控制微纳运动平台拖动观测物运动到指定位置；当观测物到达指定位置后，向图像采集装置发送图像采集指令，接收图像采集装置发送的观测物序列图像。

技术领域

本公开属于超分辨率重构领域，尤其涉及一种基于微纳运动平台的超分辨率重构系统及重构方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

图像超分辨率重构技术最早出现在20世纪60年代，Harris和Goodman首次提出了单张图像复原的概念，并研究了复原的方法。随后许多人对图像复原进行了研究，创新出了多种复原方法。比如椭圆球波函数法，线性外推法，叠加正弦模板法等等。虽然这些方法做出了比较好的仿真结果，但在实践应用中并没有取得理想的效果。80年代初，Tsai和Huang首次提出了基于序列或多帧影像的超分辨率重构的问题，并给出了基于频率域逼近的重建影像的方法。

在国内，图像超分辨率重构技术的研究已经起步，北京理工大学的刘新平博士在1999年提出“亚像元成像”的概念，他利用面阵CCD和线阵CCD做探测器验证了亚像元成像原理，进行了仿真实验研究。得到了分辨率提高到1.8倍的图像，说明了亚像元成像的原理的正确性。苏秉华等提出了基于Markov约束的泊松最大后验概率(Poisson-MAP)超分辨率图像复原方法(MPMAP)，该方法把Poisson-MAP法和Markov随机场先验分布有机地结合在一起。他们所做的实验表明，该方法能有效地减少和去除复原图像中的噪声和振荡条纹，提高图像复原的质量，具有很好的超分辨率复原能力。

发明人发现，目前国内外对超分辨率重构技术的研究主要针对具有普适性的算法实现，还没有对特定的显微视觉领域进行研究。由于现有的超分辨率重构技术主要的信息来源是图像之间的亚像素位移信息，而这种信息一般来自相机的抖动，这样最终能够收集得到的亚像素信息十分有限。同时，现有超分辨率重构技术获取图像帧间运动关系主要依靠的是精度不高的运动估计算法。鉴于显微视觉对图像的重构精度有很高要求，本发明利用微纳运动平台主动提供亚像素运动信息以及利用光栅尺提供图像帧间运动关系，最终可以大幅提高图像的超分辨率重构精度。

发明内容

为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种基于微纳运动平台的超分辨率重构系统，其采用微纳运动平台直接驱动观测物进行亚像素尺度运动，能够实现图像的高精度和高分辨重构。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种基于微纳运动平台的超分辨率重构系统，包括：

微纳运动平台，所述微纳运动平台上连接有观测物；

图像采集装置，所述图像采集装置安装在显微镜的目镜上，显微镜的物镜位于微纳运动平台的正上方且可观测到观测物；

信号处理装置，所述信号处理装置被配置为：

向微纳运动平台传送位置指令，控制微纳运动平台拖动观测物运动到指定位置；当观测物到达指定位置后，向图像采集装置发送图像采集指令，接收图像采集装置发送的观测物序列图像；

选择观测物序列图像中的第一幅作为参考图像并将其放大至和重构后图像相同的尺寸；其中，观测物序列图像中的分辨率为第一分辨率；重构后图像的分辨率为第二分辨率，第二分辨率大于第一分辨率；

建立从第二分辨率到第一分辨率的图像退化模型；