[发明专利]一种超探测器分辨率的中波红外成像镜头系统

说明书

本发明公开了一种超探测器分辨率的中波红外成像镜头系统，包括成像镜头部分和制冷型红外焦平面探测器部分，在成像镜头部分的一次成像光阑处放置编码模板，所获得的低分辨率图像进行图像重建，以获取超探测器分辨率的图像。本发明可以不改变已有红外成像系统结构，将系统离焦使用，并简单的在光阑处添加一块编码模板，通过图像复原，使成像系统分辨率达到光学衍射极限分辨率。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种高分辨率的中波无热化红外成像系统及可突破探测器极限分辨率的设计方法，具体涉及一种超探测器分辨率的中波红外成像镜头系统。

背景技术

用于红外成像的探测器价格昂贵，分辨率由探测器的像元大小决定，且分辨率越高，探测器价格越高。红外成像系统的成像分辨率往往受限于红外探测器。因此，如何在固有探测器条件下获得接近光学衍射极限的高质量图像，从而节约仪器成本并获得更广阔的应用空间，成为了当前的研究热点之一。

超探测器分辨率技术是指从采集到的低分辨率图像重建出相应的高分辨率图像，即分辨率增强，以突破图像采集设备的分辨率为判据。该技术在计算机视觉、天文学、卫星遥感等领域都有广泛的应用。

图像超分辨率处理技术通常可以分为两大类，基于多帧图像处理(序列图像重建)和单帧图像重建(静态图像插值法)方法。多帧图像处理利用了不同帧图像之间的互补信息，由多帧低分辨率图像来重建高分辨率理想图像，但对同一场景图像要求比较严格，低分辨率图像需要有亚像素的偏移，应用比较受限。单帧图像重建技术也被称为图像放大，利用一帧探测器采集到的低分辨率图像的信息，结合图像的先验知识，恢复图像的高频信息；通过重建算法提高图像分辨率，应用范围广，成像分辨率高。本发明达到超探测器分辨率的方法是基于单帧图像处理技术。

发明内容

本申请的目的在于一种超探测器分辨率的中波红外成像镜头系统。

为实现本发明的目的，本发明提供的一种超探测器分辨率的中波红外成像镜头系统，包括成像镜头部分和制冷型红外焦平面探测器部分，在成像镜头部分的一次成像光阑处放置编码模板，所获得的低分辨率图像利用静态图像插值法进行图像重建，以获取超探测器分辨率的图像。

其中，所述制冷型红外焦平面探测器部分的冷阑面设计为光阑面，保证冷阑效率100％。

其中，所述系统整体为二次成像结构，所述编码模板放置在一次成像冷阑共轭处，同样起到光阑作用。

其中，在超分辨率成像时，需要在对焦位置先优化成像质量接近光学衍射极限，再离焦使用；对焦使用时系统的MTF曲线接近衍射极限，大于探测器固有分辨率。

其中，离焦使用使弥散斑覆盖多个像元，具体弥散斑大小由后续算法决定系统离焦使用便于后期图像计算获取超探测器分辨率图像。

其中，离焦使用时，不同温度下各视场PSF具有一致性。

其中，利用Si、Ge和ZnSe热性能良好的红外材料组合补偿热离焦，实现-40℃～70℃的无热化设计。

其中，所述探测器为水平方向320像元，垂直方向256像元焦平面阵列探测器，探测像元30μm×30μm，图像分辨率可达该探测器分辨率4.5倍。

其中，所述探测器为水平方向640像元，垂直方向512像元焦平面阵列探测器，探测像元15μm×15μm，图像分辨率达该探测器分辨率2.3倍。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，

(1)可以不改变已有红外成像系统结构，将系统离焦使用，并简单的在光阑处添加一块编码模板，通过图像复原，使成像系统分辨率达到光学衍射极限分辨率。

(2)制冷型红外焦平面探测器价格昂贵，本技术打破了探测器像元大小对系统分辨率的制约，图像解码后，分辨率可接近光学衍射极限分辨率，降低了使用探测器的成本。