[发明专利]基于相机阵列孔径合成的高分辨率计算成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于相机阵列孔径合成的高分辨率计算成像系统及方法，其中，成像系统包括孔径合成快速多帧采集模块、计算机控制模块和图像处理模块；孔径合成快速多帧采集模块为包含多个面阵式探测器的相机阵列，相机阵列中的多个面阵式探测器用于同步采集待测物体同一区域的低分辨率图像；计算机控制模块用于存储多个面阵式探测器同步采集的对应的多帧低分辨率图像；图像处理模块用于将多帧低分辨率图像融合重建成为一幅高分辨率图像。该成像系统光路结构简单、成本低廉、能够解决成像系统的像素分辨率限制和光学分辨率限制，实现快速高分辨率成像。

技术领域

本发明涉及摄影成像技术领域，尤其是涉及一种基于相机阵列孔径合成的高分辨率计算成像系统及方法。

背景技术

分辨率是评价成像系统性能的重要指标之一。在实际的光学系统中，图像采集过程非常容易受到环境干扰、器件性能成本和非理想采样等多重因素影响，造成成像系统的像素分辨率和光学分辨率受限，使得成像系统仅能获得含有噪声的、模糊的和变形退化的低分辨率图像。低分辨率图像意味着图像质量低，信息量少，无法提供观察被测物体精细结构的细节特征。一般的成像系统都是孔径受限系统，即可视为低通滤波器，探测器只能采集能够表征被测物体轮廓形状的低空间频率信息，而包含被测物体丰富细节特征的高频信息无法被探测器收集，因此降低了成像系统的分辨能力。多帧低分辨率图像融合的方法无法解决成像系统的光学分辨率限制的问题。增大系统数值孔径是一种有效的提高成像系统分辨能力，突破成像系统光学分辨率限制的方法。利用大口径透镜收集物光信息能够增大系统的数值孔径，改善成像质量。但大口径透镜意味着超高难度的透镜加工工艺和极其高昂的透镜制造成本，同时不易运输和固定的劣势也会对搭建成像系统造成障碍。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于相机阵列孔径合成的高分辨率计算成像系统，光路结构简单、成本低廉、能够解决成像系统的像素分辨率限制和光学分辨率限制，实现快速高分辨率成像。

根据本发明一方面实施例的基于相机阵列孔径合成的高分辨率计算成像系统，包括：

孔径合成快速多帧采集模块，所述孔径合成快速多帧采集模块为包含多个面阵式探测器的相机阵列，所述相机阵列中的多个所述面阵式探测器用于同步采集待测物体同一区域的低分辨率图像；

计算机控制模块，所述计算机控制模块用于存储多个所述面阵式探测器同步采集的对应的多帧所述低分辨率图像；

图像处理模块，所述图像处理模块与所述计算机控制模块相连，用于将多帧所述低分辨率图像融合重建成为一幅高分辨率图像。

根据本发明一方面实施例的基于相机阵列孔径合成的高分辨率计算成像系统，通过孔径合成快速多帧采集模块同步采集带测物体同一区域的多帧低分辨率图像，利用多帧低分辨率图像通过图像处理模块融合重建一幅高分辨率图像，解决了成像系统的像素分辨率限制和光学分辨率限制，实现快速高分辨率成像，且光路结构简单、成本低廉。

根据本发明一方面的一个实施例，还包括：

外部触发模块，所述外部触发模块用于控制所述孔径合成快速多帧采集模块同步采集待测物体同一区域的低分辨率图像。

根据本发明一方面的一个实施例，还包括：

采集模块固定调节模块，所述采集模块固定调节模块用于固定及调节所述孔径合成快速多帧采集模块。

根据本发明一方面的一个实施例，所述计算机控制模块还用于控制所述孔径合成快速多帧采集模块的采集参数。

根据本发明一方面的一个实施例，所述图像处理模块包括：配准计算模块和计算重建模块，所述配准计算模块利用相位相关算法对采集多帧存在微小位移的图像进行亚像素级匹配校准；所述计算重建模块用于先针对探测器像素分辨率限制，利用最大后验估计方法进行高分辨率融合重建，然后针对成像系统光学分辨率限制，利用解卷积方法重建高分辨率图像。