[發明專利]超分辨率成像的裝置及方法

無效

• 申請號: 200810056002.7
• 申請日: 2008-01-11
• 公開（公告）號: CN101217625A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 周峰;李光偉;王東生;張海濤;劉永堅;閆海;趙達尊
• 申請（專利權）人: 清華大學;中國人民解放軍空軍裝備研究院雷達與電子對抗研究所
• 主分類號: H04N5/33
• 分類號: H04N5/33;G02B26/10
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種實現超分辨率成像的裝置及方法，屬于光電成像技術領域。

背景技術

近年來，光電成像技術發展迅速，在軍事、安全、遙感、搜救等諸多領域應用廣泛，獲取高分辨率的數字圖像是人們不懈的追求。但由于光電成像系統探測器單元的有限幾何尺寸和探測器單元間距的存在，獲取的數字圖像存在模糊和混淆。特別是對于紅外成像探測器，探測器單元幾何尺寸較大，探測器單元數目較少，常見的是320×240像素、640×480像素，如此低的圖像分辨率常常不能滿足軍事偵察、戰場監視、遙感成像等方面的需求。

通常，前端光學系統的分辨率是足夠的，提高光電成像系統的分辨率關鍵在于提高光電探測器陣列的分辨率。通過減小探測器單元尺寸、增大探測器面積或采用新的像素形狀和排列方式可以提高光電探測器陣列的分辨率，但常常受到靈敏度、工藝、價格等因素的限制?？梢钥紤]利用現有光電探測器陣列，對同一場景獲取略有差異的多幀低分辨率圖像，這種差異是亞像素級的，以此增加獲取圖像的信息，通過圖像融合可以重建出超過探測器分辨率的高分辨率圖像，即超分辨率成像。目前存在的超分辨率成像技術有微掃描法和微變焦法。

微掃描法超分辨率成像是用微掃描技術獲取的多幀經過亞像素平移的低分辨率圖像，進而重建出高分辨率圖像。US4633317(Uwira?et?al.)、US5291327(McEwen)、US5774179(Chevrette，Fortin)等專利給出了很多微掃描技術，可以分為機械掃描法(壓電陶瓷驅動、電機驅動等)和幾何分光法(棱鏡分光、雙折射晶體分光等)。若采用機械掃描法，需要在縱、橫兩個方向上做高精度微掃描，實施高頻振動小位移的機械裝置復雜且昂貴；若采用分光法，不僅光路復雜，而且分光后系統靈敏度降低，對紅外成像尤為不適用。

微變焦法超分辨率成像是用微變光學系統焦距的方法獲取多幀放大倍率略微不同的低分辨率圖像，進而重建出高分辨率圖像。CN1208952專利給出了微變焦法的詳細描述。由于改變光學系統焦距只需控制鏡片在光軸方向上的微位移，采用精確可控的變焦鏡頭即可實現，避免了采用微掃描中控制縱、橫兩個方向位移的高精度機械裝置，因而微變焦法比微掃描法有一定優越性。但微變焦后的像面位置會發生變化，需要做調焦補償；而且不同焦距下，微變焦量和調焦補償量都不一樣，這無疑增加了系統結構和控制的復雜度。

因此，需要發展一種結構上更為簡單、控制上更為簡便、實現成本更為低廉的超分辨率成像技術。

發明內容

本發明的目的是簡化微掃描法和微變焦法在結構和控制上的復雜度，降低實現超分辨率成像的成本，提出一種利用微旋轉法實現超分辨率成像的裝置及方法。

本發明的技術方案如下：

本發明提出一種利用微旋轉法實現超分辨率成像的裝置，該裝置包括光學成像物鏡、光電探測器陣列及讀出電路、模數轉換電路、信號處理及同步電路和顯示器件，其特征在于：在光學成像物鏡的前面、光學成像物鏡和光電探測器陣列之間或光學成像物鏡的內部加裝轉像機構，該轉像機構由光學轉像部件、驅動部件和控制電路組成，光學轉像部件采用棱鏡、平面反射鏡或二者的組合，光學轉像部件的光軸與光學成像物鏡的光軸重合，與光電探測器陣列所在平面垂直，并且經過光電探測器陣列的幾何中心，光學轉像部件繞自身光軸的旋轉能使目標像相對于光電探測器陣列發生旋轉。

在本發明的上述方案中，所述轉像機構的驅動部件采用壓電陶瓷或電機；所述的光電探測器陣列采用固態成像器件CCD、CID或CMOS，并且這些器件的工作波段是紅外、可見光、紫外或它們的組合。

本發明提出一種按上述方案實現超分辨率成像的微旋轉方法，其特征在于該方法按如下步驟進行：

a)將光學成像物鏡對準待拍攝目標，通過調焦使目標清晰成像在光電探測器陣列上；

b)光電探測器陣列讀出電路輸出目標像的模擬信號，通過模數轉換得到一幀低分辨率的數字圖像并存儲下來，該低分辨率圖像像素數目等于光電探測器陣列的有效像素數目；

c)控制轉像機構，實現目標像相對于光電探測器陣列的微旋轉，微旋轉角度為預置量，使光電探測器陣列四個角處像的最大位移量小于一個像素間隔；然后按步驟b)得到一幀低分辨率的數字圖像并存儲下來；

d)再重復步驟c)至少n-2次，各次微旋轉角度要有所不同；這里n為待求高分辨率圖像與低分辨率圖像像素數之比；至此共得到至少n幀低分辨率圖像；