[发明专利]一种嵌入式微扫描超分辨实时处理系统及方法

说明书

本发明属于高分辨率图像处理领域，具体公开了一种嵌入式微扫描超分辨实时处理系统及方法，包括高速微扫描机构、光电/红外成像系统、嵌入式图像处理板卡以及后接设备，其中高速微扫描机构包含一个压电高速微扫描平台及其控制器，该压电高速微扫描平台安装于成像系统内部；嵌入式图像处理板卡至少包括一个FPGA、一个GPU嵌入式计算模块以及电源管理模块，FPGA与GPU嵌入式计算模块通过PCIE高速并行传输。本发明以NVIDIA‑Jetson嵌入式计算模块为核心的嵌入式图像处理板进行微扫描超分辨实时处理的方法和系统，实现了实时迭代求解超分辨重建，获得真实的超分辨图像。

技术领域

本发明涉及高分辨率图像处理领域，具体为一种嵌入式微扫描超分辨实时处理系统及方法。

背景技术

高分辨率图像在很多图像应用领域都有很高的实用价值，比如医学诊断、军事和国防领域等，具有非常重要的研究价值。对于物理世界而言，光电成像系统往往受到传感器像素尺寸的限制，是个欠采样系统，大量的空间信息被淹没。图像超分辨技术利用多帧对同一场景采样的、具有亚像素位移的图像重构出高分辨率图像，其本质是增加采样率，即增加相位信息，以提高成像系统传函。

有两种方式获得具有亚像素位移的图像序列：一是利用平台自身的运动或者抖动，以飞机为例，其自身的飞行、发动机引起的抖动和大气湍流都会导致图像序列间存在相对运动；二是引入动光学部件的微扫描系统，主动控制像点在成像探测器上的位置变化，使得光电成像系统捕获有亚像素位移的图像序列。

目前，微扫描超分辨技术被广泛的应用于国外军用/民用光电成像系统。但是，这些光电系统的实时超分辨处理均采用基于非均匀性插值算法，该算法的优势是计算量小、易于实时处理；缺点也很明显：鲁棒性差，易受到噪声和运动误差的影响，而且对MTF传函的提升有限，无法充分恢复被混叠的高频信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式微扫描超分辨实时处理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明通过高速微扫机构带动光电/红外成像系统里的透镜/透镜组/探测器做有规律的微动，使得光电/红外成像系统捕获可控的、具有亚像素位移的低分辨图像序列，结合以NVIDIA-Jetson嵌入式计算模块为核心的嵌入式图像处理板进行微扫描超分辨实时处理的方法和系统，实现了实时迭代求解超分辨重建，获得真实的超分辨图像。

本发明提供如下技术方案：一种嵌入式微扫描超分辨实时处理系统，包括高速微扫描机构、光电/红外成像系统、嵌入式图像处理板卡以及后接设备，

其中高速微扫描机构包含一个压电高速微扫描平台及其控制器，该压电高速微扫描平台安装于成像系统内部，压电高速微扫描平台的负载包括但不限于光电/红外成像系统的透镜、透镜组、反射镜或探测器，压电高速微扫描平台安带动负载做有规律的高速微动，以使成像系统可以采集到有亚像素位移的图像序列；

控制器用于高速微扫描平台的驱动与高精度位置控制，在嵌入式图像处理板卡的控制下按要求实现高速微动；

嵌入式图像处理板卡至少包括一个FPGA、一个GPU嵌入式计算模块以及电源管理模块，FPGA与GPU嵌入式计算模块通过PCIE高速并行传输；

FPGA用于采集相机视频，该FPGA将图像数据和上位机的指令传输到GPU嵌入式计算模块，以及将GPU嵌入式计算模块回传的算法处理的超分图像数据输出给下游模块；

GPU嵌入式计算模块可以是国产的GPU也可以是NVIDIA的嵌入式GPU模块，具有可以存储多帧图像的内存，GPU嵌入式计算模块基于处理算法对输入的多帧微扫描图像进行超分辨重建处理，获得无混叠的高分辨率图像。

GPU嵌入式计算模块的具体算法处理包括：