[发明专利]面阵电荷耦合器件超分辨率成象技术中的快速算法

摘要

一种面阵电荷耦合器件超分辨率成象技术中的快速算法，本发明涉及利用对同一目标的有相互位移的多帧图象进行处理得到一帧分辨率更高图象的面阵电荷耦合器件超分辨率成象技术领域。其特征在于它建立了像素级的邻域双线性插值图象降质模型，采用四维非稀疏矩阵存储模型系数，避免了对大型稀疏矩阵的存储和处理；对亚像素位移量进行量化处理，大大降低了计算过程对存储空间的需求；给出改进Cimmino迭代算法，加快了迭代收敛速度，减小计算量，适合PC机或DSP等嵌入式系统的实现，为高分辨率面阵CCD的超分辨率成象问题应用于工程实际，研制超分辨率成象系统解决了其中的两个关键技术问题。

主权项

1、一种面阵电荷耦合器件超分辨率成象技术中的快速算法，其特征在于它包括下述步骤：1)建立像素级双线性插值图象降质模型：设p帧观察图象分辨率为m×n，分辨率提高因子为L，建立包含空间移不变邻域模糊、加性噪声、欠采样等因素的像素级双线性插值图象降质模型，观察图象中的每一个像素值为该像素在高分辨率图象中对应点的一个领域内的像素值的加权平均，根据图象间的配准关系，得到观察图象中任一像素C，其坐标为(k₁，l′₁)，经配准后在理想图象X中对应点C′，其坐标为(k′₂，l′₂)，其中k′₂＝k₂+δ_k，l′₂＝l₂+δ_l，0≤δ_k，δ_l＜1，k₂，l₂为整数，再由双线性插值公式Yk1,l1=(1-δk-δl+δkδl)Xk2,l2′+(δk-δkδl)Xk2+1,l2′]]>+(δl-δkδl)Xk2,l2+1′+(δkδl)Xk2+1,l2+1′]]>其中Xk,l′=Σi=-1lΣj=-1lhi,jXk+i,l+j]]>                 k＝k₂，k₂+1；l＝l₂，l₂+1合并上两式得Yk1,l1=Σi=-12Σj=-12hi,j′Xk2+i,l2+j=h′′·×XΩk2,l2]]>其中h′_i，j在h确定的情况下仅与δ_k，δ_l有关；h″和为4×4矩阵，Ω_k2，l2为式中X的计算窗口，“·×”符号表示两个同型矩阵对应元素之积的和；2)对线性方程组：                                  Ax＝b其中A＝(a₁，a₂，Λ，a_m)^T∈K^mn；a₁，a₂，Λ，_am∈Kⁿ；b＝(b₁，b₂，Λ，b_m)^T∈K^m；x＝(x₁，x₂，Λ，x_n)^T∈Kⁿ，K为数域，包含实数域R和复数域C采用迭代式：xjk+1=xjk+λkqjΣi=1qjbsi-asiTxk||asi||2asi,j---j=1:n;0<λk<2]]>其中q_j为A中第j列不为0的元素的个数；1＜s_i＜m，为A的第j列中第i个不为0的元素所在行的行数；3)将亚像素位移量δ_k和δ_l量化到小数点后一位或两位，则δ_k和δ_l的取值分别有10种或100种取值，组合起来有100种或10000种取值，对每一种取值计算方程组的系数，得到一张系数表，将其提前计算好存储起来，迭代求方程组时计算出量化后的δ_k和δ_l，然后通过查表得到方程组系数；4)建立与X维数相同的权值矩阵W和修正矩阵ΔX，其中W中每个元素为对应修正矩阵ΔX中像素点在每次迭代中已被修改的次数，设g为迭代次数，算法步骤为：(1)初始值任意，设为0：g＝0，X^g＝0；(2)权值矩阵和修正矩阵置0矩阵：W＝Φ，ΔX＝Φ；(3)对观察图象的每个像素计算在理想高分辨率图象中的对应点坐标，从而得到k₂、δ_k、l₂、δ_l，再算出h″、Ω_k2，l2，并且ΔXi,j=Wi,jWi,j+1ΔXi,j+1Wi,j+1[Yk1l1-h′′·×XgΩk2,l2]hi,j′/||h′′(:)||22i,j∈Ωk2,l2]]>                 W_i，j＝W_i，j+1             i,j∈Ωk2,l2]]>(4)X^g+1＝X^g+λ_gΔX，g＝g+1上述算法在并行处理环境中把观察图象的像素分为P组，P为并行计算的路数，对每一组都需定义权值矩阵和修正矩阵，然后对各组分别处理，得到相应的Wⁱ和ΔXⁱ(i＝1∶P)Xk,lg+l=Xk,lg+λgΣi=1P((Wk,li/Σj=1PWk,lj)ΔXk,li),k=1:Lm;l=1:Ln]]>