[發明專利]一種超分辨率紅外熱像儀及用其獲取高分辨率紅外圖像的方法

有效

• 申請號: 201210183431.7
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102661801A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 余徽;陳福勝;張智杰;王晨晟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;中國船舶重工集團公司第七一七研究所
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;H04N5/33
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 宋國榮

技術領域

本發明涉及一種無光學掃描部件的超分辨率紅外熱像儀及用其獲取高分辨率紅外圖像的方法，屬于紅外熱成像技術領域。

背景技術

在光電成像系統中，圖像分辨率是一項重要指標。更高的分辨率意味著更多的圖像細節，對于目標探測、識別、航天遙感等應用具有極為重要的意義。尤其是對于紅外熱像儀，提升分辨率所帶來的性能提升更加顯著。這是因為紅外探測器的分辨率相對較低，導致紅外圖像的分辨率和細節有所欠缺，限制了紅外熱像儀的性能提升。

限制圖像分辨率的基本因素有兩種：一是光學衍射極限分辨率，二是探測器采樣頻率（對于面陣探測器，即為空間分辨率）。對于紅外熱像儀而言，光學衍射極限的影響遠遠小于探測器采樣頻率。因此，提升紅外探測器焦平面的像元分辨率，可根本上提高圖像的分辨率。但是，提升探測器分辨率的成本很高，技術難度也較大。相比之下，采用超分辨技術提升紅外圖像的空間分辨率，其成本較低，靈活性好，可在充分利用現有成像系統的基礎上，大幅度提升圖像分辨率和圖像質量。

目前常規的超分辨率紅外熱像儀，主要是基于光學掃描部件，在每一幀圖像輸出時間內采集多幅相關性強的低分辨率紅外圖像，然后將這些低分辨率紅外圖像進行配準和重建，合成高分辨率的紅外圖像。這種紅外熱像儀已經得以應用，并有效地克服了紅外成像系統的限制，提升紅外圖像分辨率。然而，現有的超分辨率紅外熱成像技術仍然存在一些問題：1）由于采用了光學掃描部件，導致系統體積偏大，成本較高，且影響系統可靠性；2）掃描模式會導致紅外熱像儀的調制傳遞函數降低，從而降低成像效果；3）由于掃描參數的未知性和步進動作的精密性，其工程實現的復雜性和精度控制的難度較高。

發明內容

本發明的一個目的是：提供一種無光學掃描部件的超分辨率紅外熱像儀，提高紅外圖像的分辨率，以提供更豐富的圖像細節和更好的圖像質量，增強紅外熱像儀的性能表現，并解決現有超分辨率紅外熱像儀中光學掃描部件帶來的不利影響。

本發明的另一個目的是：提供一種用于本發明所述的超分辨率紅外熱像儀的紅外光學系統，使用該光學系統使本發明所述的超分辨率紅外熱像儀獲得的圖像質量更高。

本發明還有一個目的是：使用本發明的超分辨率紅外熱像儀獲取高分辨率紅外圖像的方法，該方法簡便，容易掌握，能進一步確保圖像質量。

為實現本發明超分辨率紅外熱像儀的技術目的，其技術方案是：

一種超分辨率紅外熱像儀，包括位于超分辨率紅外熱像儀的最前端并以光軸O-O’為中心軸的編碼組件，用于接收場景發射的紅外輻射信號，并對紅外輻射信號進行編碼；在編碼組件的后方延光軸O-O’方向依次安裝有紅外光學系統和面陣紅外探測器焦平面；所述紅外光學系統用于將通過編碼組件的紅外輻射會聚于面陣紅外探測器焦平面的靶面上，以增強紅外圖像信噪比，并用于面陣紅外探測器焦平面的保護窗口；面陣紅外探測器焦平面用于將紅外輻射信號轉換為模擬電信號，并將模擬電信號輸出至紅外成像電路組件當中；還有制冷機，用于為面陣紅外探測器焦平面和紅外光學系統制冷，使二者保持低溫工作狀態；紅外成像電路組件用于將接收到模擬電信號轉換為數字信號，然后解碼和處理，轉換為紅外圖像，并用于提供面陣紅外探測器焦平面工作所需要的偏壓信號。

進一步的技術方案是：

所述的超分辨率紅外熱像儀，其紅外成像電路組件連接在面陣紅外探測器焦平面后方；所述制冷機安裝在面陣紅外探測器焦平面一側，并與面陣紅外探測器焦平面和紅外光學系統連接。

所述的超分辨率紅外熱像儀，其編碼組件包括一個前置安裝板；在前置安裝板后方沿著光軸O-O’方向依次安裝包括：前置光學窗口、膜片陣列、后置光學窗口、后置安裝板和步進轉臺；所述前置安裝板用于安裝固定前置光學窗口，后置安裝板，用于安裝固定后置光學窗口；位于前置光學窗口和后置光學窗口之間的膜片陣列由前置安裝板和后置安裝板安裝固定，用于對透光的紅外輻射信號編碼；前置光學窗口和后置光學窗口均用于保護膜片陣列，并使膜片陣列工作在穩定的環境當中；所述步進轉臺用于裝載固定后置安裝板，并驅動整個編碼組件轉動。

所述的超分辨率紅外熱像儀，其前置安裝板其中部為能嵌入前置光學窗口的空心區域；后置光學窗口其形狀大小與前置光學窗口相同；后置安裝板其中部為能嵌入后置光學窗口的空心區域；步進轉臺其中部為一個小于后置掩膜光學窗口外形的空心區域。

所述的超分辨率紅外熱像儀，其膜片陣列包含一塊對接收的紅外輻射信號透明的正方形的基板和N×N個正方形膜片，其中N為大于等于8，小于等于64的自然數；所述基板以光軸O-O’為中心軸。