[發明專利]一種基于逐像素編碼曝光的高速高分辨率成像方法

有效

• 申請號: 201610064940.6
• 申請日: 2016-01-31
• 公開（公告）號: CN105763816B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 馮維;張福民;曲興華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于逐像素編碼曝光的高速高分辨率成像方法，其中，所用成像系統為由數字微鏡器件DMD、電荷耦合元件CCD、第一透鏡組(1)、第二透鏡組(2)和處理器構成的線性空間不變的DMD相機；所述數字微鏡器件DMD形成一DMD平面，所述電荷耦合元件CCD形成一CCD像平面，所述DMD平面與所述CCD像平面平行；所述第一透鏡組(1)是變焦透鏡組，所述第一透鏡組(1)處于由所述數字微鏡器件DMD和電荷耦合元件CCD之間所形成的主光軸上，所述第一透鏡組(1)用以將DMD面所成的像完整投影到CCD像平面，所述數字微鏡器件DMD中的每一個微鏡與電荷耦合元件CCD中的每一個像元一一對應；所述第二透鏡組(2)是一個定倍成像物鏡，用以將被測物完整成像在所述DMD平面上，從而確定DMD相機的視場范圍和工作距離；所述數字微鏡器件DMD、第二透鏡組(2)和被測物三者之間的位置關系滿足斜置場面成像條件，被測物平面與DMD平面相對于第二透鏡組(2)互為共軛；所述主光軸與所述第二透鏡組(2)所在光軸之間的夾角為24°，上述數字微鏡器件DMD、電荷耦合元件CCD、第一透鏡組(1)和處理器組成一光電反饋系統；其特征在于：

該成像系統的成像方法包括以下步驟：

步驟一、在所述DMD平面上，每個DMD編碼圖案看作是一個DMD掩膜，每個DMD掩膜劃分為m個互不重疊的曝光組，每個曝光組中包含n個曝光元素；設定每個曝光元素在同一曝光組中具有不同的編號，而相同位置的曝光元素在不同的曝光組中具有相同的編號；

步驟二、在DMD相機的一個曝光周期T內，通過控制數字微鏡器件DMD中微鏡的偏轉，分別實現對N個不同的DMD掩膜中具有相同編號的曝光元素同時曝光，而不同編號的曝光元素依次曝光，從而實現逐像素編碼曝光，逐像素編碼曝光調制函數表示如下：

式(6)中，M_i(x,y,t)表示DMD掩膜函數，DMD掩膜曝光時間為t_i ms；

入射光線經數字微鏡器件DMD逐像素編碼曝光后，將曝光時間信息嵌入到一編碼曝光圖像中，所述編碼曝光圖像保存有DMD相機的分辨率，所述編碼曝光圖像的光強函數V’(x,y)表示如下：

式(7)中，(s,t)和(x,y)分別表示被測物的物平面和CCD像平面上二維空間坐標；f(s,t)表示被測物的圖像；h(x,y；s,t)表示該DMD相機的光學傳遞函數；

步驟三、在編碼曝光圖像中，根據上述m個曝光組中的各像素灰度分布特征，對其編碼曝光后的曝光組中的曝光元素作升序排列，并對所排曝光元素依次標上1，2，3，……，n-1，n；將上述所有曝光組中排序編號為1的像素組合成子幀1，將所有曝光組中排序編號為2的像素組合成子幀2，依次類推，直到組合完成子幀n，獲得了提高n倍時間分辨率的n幅子幀。

2.根據權利要求1所述基于逐像素編碼曝光的高速高分辨率成像方法，其特征在于：

步驟二中：為實現N個不同的DMD掩膜在一個DMD相機曝光周期T內依次完成曝光，則DMD相機曝光周期T與單個DMD掩膜的曝光時間t_i有如下關系：

T＝t_i·N+△t (8)

式(8)中，Δt表示電荷耦合元件CCD幀讀取時間。