[發明專利]分區域管理的高效超分辨率成像裝置及方法

在審

• 申請號: 201610033903.9
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105678728A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 徐軍;王怡;蔡祎霖;宮睿;徐駿;宋野
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T5/00;G06T3/40
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

技術領域

本發明屬于圖像重建技術領域，具體涉及一種圖像分區域管理的高效超分辨 率成像裝置及方法，可以用于視頻監控、衛星遙感成像、醫學成像等領域。

背景技術

隨著高清晰度數字電視、衛星遙感成像、醫學成像等技術的迅速發展，國家 經濟社會發展對高分辨率成像要求越來越高。提高分辨率最直接的方法就是增大 光學系統的焦距或減小CCD像素單元尺寸。然而，增大系統焦距會增大成像系 統的體積、提高成本；減小CCD像素尺寸會引入圖像噪聲等，因此，綜合軟件 處理的方法成為研究焦點，采用圖像的超分辨率重建技術可以在不增加復雜硬件 設備的基礎上，由低分辨率的圖像通過圖像處理的方法增加圖像的高頻細節信息， 產生單幅高質量、高分辨率的圖像。

目前超分辨率成像裝置包括成像鏡頭組、高分辨率探測器、圖像存儲模塊、 圖像超分辨率重建模塊和圖像輸出顯示模塊模塊五大部分，其中在圖像超分辨率 重建模塊中采用的現有方法有多幀超分辨率重建與單幀超分辨率重建兩種，由于 實時性的限制，單幀超分辨率成像技術更具實用性，其主要有基于重建和基于學 習兩種方法，基于重建的方法效率較高，但是由于圖像模糊、噪聲、位移等因素 的影響，重構圖像質量會有所下降。基于學習的方法有效的解決了該問題，其原 理是首先通過訓練低分辨率圖像和高分辨率圖像之間的關系，然后在學習過程中 由輸入的低分辨率圖像重構出一幅高分辨率圖像。

現有的超分辨率圖像的成像裝置和方法，例如北京智谷技術服務有限公司的 中國專利申請，申請公布號為CN104320596A，名稱為“超分辨率圖像的獲取 方法和獲取裝置”的發明中，提出了一種通過調節相機陣列中各相機的圖像傳感 器的像素點分布來獲取場景圖像，再對獲取的場景圖像進行重建，該裝置在控制 位移時精度要求較高、技術難度大、成本高且超分辨率重建區域為拍攝場景的至 少局部。基于學習的超分辨率重建方法，例如北京大學的中國專利申請，申請公 布號為CN104103052A，名稱為“基于學習的超分辨率重建方法”的發明中， 提出將樣本圖像分為顯著區和非顯著區并分別訓練字典，通過求解非顯著稀疏系 數并與字典相乘得到高分辨率圖像塊，但是因為該方法在計算過程中對整幅待重 建圖像同時做相同處理，所以對大尺寸待重建圖像處理效率較低，而且內存消耗 較大，同時由于算法原因，導致重建圖像會存在嚴重的偽重建部分，影響重建圖 像質量。再如西安電子科技大學的中國專利申請，申請公布號為CN103295197A， 名稱為“基于字典學習和雙邊正則的圖像超分辨重建方法”的發明中，提出對待 重建圖像做不同尺度插值后提取高頻特征，對特征部分進行字典訓練，但由于其 字典訓練樣本的局限性，因而重建圖像分辨率也受到約束。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種分區域管理的 高效超分辨率成像裝置及方法，用于解決現有超分辨率成像裝置及方法成像時間 長和分辨率低的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種分區域管理的高效超分辨率成像裝置，包括：成像鏡頭組1，用于獲取 實際場景的光信號；高分辨率探測器2，位于成像鏡頭組1的后焦平面上，用于 采集成像鏡頭組1捕獲的光信號，獲取低分辨率圖像；圖像存儲模塊3，存儲高 分辨率探測器2上獲得的低分辨率圖像；圖像超分辨率重建模塊5，用于對獲得 的低分辨率圖像進行超分辨率重建；圖像輸出顯示模塊6，用于輸出和顯示重建 后圖像；

圖像存儲模塊3和圖像超分辨率重建模塊5之間設置有圖像預處理模塊4， 該圖像預處理模塊4由圖像去噪子模塊41、去模糊子模塊42和樣本分塊子模塊 43組成，用于對高分辨率探測器2上獲得的低分辨率圖像進行預處理，獲取待 重建低分辨率圖像和字典訓練樣本圖像；圖像超分辨率重建模塊5由圖像區域化 管理子模塊51和字典訓練與區域化重建子模塊52組成，用于對經過預處理的低 分辨率圖像進行分區域管理、樣本訓練和圖像超分辨率重建，得到超分辨率圖像。

上述分區域管理的高效超分辨率成像裝置，成像鏡頭組1采用變焦成像鏡頭 組。

上述分區域管理的高效超分辨率成像裝置，樣本分塊子模塊43對經過去噪 和去模糊后的低分辨率圖像進行分塊，得到大小為K×K的子塊，其中50≤K≤100， 各子塊之間無重疊像素。