[發明專利]基于時變編碼測量的紅外超分辨率成像方法

有效

• 申請號: 201310392234.0
• 申請日: 2013-08-31
• 公開（公告）號: CN103442234A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 王曉蕊;袁影;文闊;黃曦;劉德連;張建奇;何國經
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N5/33
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，更進一步涉及超分辨率圖像成像技術領域中的圖像采集與重構，具體是一種基于時變編碼測量的紅外超分辨率成像方法。本發明可以實現紅外圖像的超分辨率的獲取和重構。

背景技術

紅外超分辨率成像在各個領域，如空間遙感、精確制導、目標識別與跟蹤、醫學成像等有重大需求。據了解，大多數紅外探測器采用高穩定性、非制冷、小型紅外焦平面陣列，且像元尺寸較大，遠不能滿足軍事民用對于成像分辨率的要求。傳統紅外成像的空間分辨率取決于探測器的像元密度，提高紅外焦平面陣列的分辨率意味著在更大的傳感器基底上制造更多更小尺寸的像元，然而受到探測器工作條件、加工工藝和制作成本的限制，很難通過采用減小像元尺寸和增加陣元數量的方式來提高分辨率。因此，超分辨率成像的關鍵在于如何利用低密度探測器獲得高分辨率圖像，現有的超分辨率成像技術主要有以下三種。

第一種，基于多通道信息互補的超分辨成像。

Shankar?M和Willett?R,Pitsianis?N.P等人在論文“Thin?infrared?imaging?systems?through?multichannel?sampling.”（《Applied?Optics》2008.47(10):B1-B10）中提出一種利用多通道采樣獲得超分辨率紅外圖像的方法。該方法利用多通道成像系統獲得同一場景的多幅低分辨率單元圖像，使各個單元圖像之間存在亞像素級偏移信息，通過圖像重構算法整合所有低分辨單元圖像信息，獲得超分辨率紅外圖像。該方法存在的不足是，需要同時采用多個探測器成像，并對低分辨率單元圖像進行高精度配準以確定同一觀測區域，系統實現復雜度高且存在較大配準誤差。

第二種，基于圖像融合的超分辨率成像。

華中科技大學在其申請的專利“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”(專利申請號201210183431.7，公開號CN102661801A)中公開了一種通過融合多組紅外圖像獲得超分辨率紅外圖像的方法。該方法通過會聚編碼后的紅外輻射、發送紅外輻射信號轉換的模擬電信號、模擬電信號轉換并保存紅外圖像信號等步驟，最后融合多組紅外圖像信號形成高分辨率圖像。該方法存在的不足是，需要標定超分辨紅外熱像儀的點擴散函數，且需要經過復雜的解碼計算和傅里葉逆變換得到一幀高分辨率紅外圖像。

第三種，基于壓縮感知理論的超分辨率成像。

西安電子科技大學在其申請的專利“基于壓縮感知孔徑的超分辨率成像系統及成像方法”（專利申請號201110329866.3，公開號CN102438102A）中公開了一種利用少量混疊采樣恢復超分辨率紅外圖像的方法。該方法通過基于壓縮感知理論設計壓縮編碼模板置于系統孔徑光闌處，對光場調制后獲得低分辨率編碼圖像，最后通過采用非線性優化重構方法生成超分辨率圖像。該方法存在的不足是，壓縮編碼模板設計制作困難，圖像重構復雜度高且引入大量類似于噪聲的偽影，導致重構圖像信噪比較低，需要進一步進行去噪處理。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種基于時變編碼測量的紅外超分辨率成像方法，以實現利用低分辨率的紅外焦平面陣列獲得超分辨率紅外圖像，提升紅外圖像質量，降低成像系統的實現難度和圖像重構復雜度。

實現本發明的基本思路是：設置編碼模板，將編碼模板緊貼紅外探測器的焦平面陣列放置，編碼模板對進入紅外超分辨率成像系統的光束進行空域調制，記錄第一幅紅外低分辨率編碼圖像，控制編碼模板自動順時針旋轉90°三次，利用同一紅外探測器獲得另外三幅紅外低分辨率編碼圖像，對所有紅外低分辨編碼圖像進行預處理濾除噪聲，利用像素重排法獲得紅外超分辨率圖像。

實現本發明目的的具體步驟如下：

(1)設置編碼模板：

1a)在空間光調制器的工作區域模板上，按水平和垂直方向依次劃分出與紅外探測器水平和垂直方向像元數目相等的大正方形區域，該大正方形區域與紅外探測器單個像元尺寸相同；

1b)將大正方形區域等分為左上角、右上角、左下角、右下角四個小正方形區域，除左上角區域透光外，其他區域均不透光，得到設置好的編碼模板。

(2)獲得時變低分辨率編碼圖像：

2a)將編碼模板放置在紅外探測器前，緊貼紅外探測器的焦平面陣列，編碼模板上的所有大正方形區域與焦平面陣列上的所有像元一一對準；

2b)利用時變編碼測量方法，獲得四幅紅外低分辨率編碼圖像。

(3)圖像預處理：