[發(fā)明專利]一種針對(duì)孔徑編碼超分辨光學(xué)傳遞函數(shù)的標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710711090.9
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN107564068B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉珍;闞升晨;左超;陳錢;孫佳嵩;盧林芃;李加基;張佳琳;顧國(guó)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

本發(fā)明公開了一種針對(duì)孔徑編碼超分辨光學(xué)傳遞函數(shù)的標(biāo)定方法，首先利用計(jì)算機(jī)編程生成編碼矩陣，然后將得到的編碼矩陣作為孔徑編碼圖案，在LCOS空間光調(diào)制器上顯示，在已知物體亞像素移動(dòng)步長(zhǎng)的情況下，利用孔徑迭代算法標(biāo)定每個(gè)編碼矩陣對(duì)應(yīng)的OTF，最后在物體亞像素移動(dòng)步長(zhǎng)未知的情況下，標(biāo)定出物體的亞像素位移。本發(fā)明可以精確標(biāo)定出物體的亞像素位移，故可以保證重構(gòu)出的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際OTF的準(zhǔn)確性，從而避免由于光學(xué)系統(tǒng)誤差導(dǎo)致的超分辨率重構(gòu)質(zhì)量下降。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)，特別是一種針對(duì)孔徑編碼超分辨光學(xué)傳遞函數(shù)的標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

雖然現(xiàn)有的光電成像技術(shù)已取得巨大進(jìn)步，并獲得一系列的優(yōu)異成果，然而，無(wú)論是高價(jià)專業(yè)數(shù)碼相機(jī)還是低廉手機(jī)攝像頭，都未突破傳統(tǒng)的“小孔成像”方式，仍為基于透鏡式“所見即所得”的成像模式，雖然這種模式原理簡(jiǎn)單，操作易行，但是仍然存在難以逾越的局限，即圖像像素化——探測(cè)器尺寸已達(dá)物理極限。現(xiàn)有的光電成像系統(tǒng)，在信息獲取、具體功能、性能指標(biāo)等方面，皆受限于探測(cè)器工藝水平及制作成本。通常而言，解決圖像像素化問題的最直接方法即為提高探測(cè)器陣列密度以提高分辨率。但實(shí)際上，由于受到探測(cè)器制作工藝的限制，目前探測(cè)器尺寸水平已達(dá)物理極限，因此若想再通過此法來(lái)減少圖像像素化問題，是非常困難的。同時(shí)，即使在不考慮成本的前提下實(shí)現(xiàn)了像元尺寸的進(jìn)一步減小，然而由于光通量下降帶來(lái)了靈敏度降低的問題，使得原本微弱的光信號(hào)愈加摻雜在嚴(yán)重的噪聲中，導(dǎo)致信噪比更低，后期更加難于補(bǔ)償。

為了突破由CCD探測(cè)器幾何尺寸造成的分辨率限制，有研究人員提出了多種超分辨成像技術(shù)(代少升,張德洲,崔俊杰,等.基于微掃描的紅外超分辨率成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].半導(dǎo)體光電,2017,38(1):103-106.)。超分辨率成像技術(shù)能在不改變?cè)O(shè)備硬件條件的情況下，利用多幀圖像間的互補(bǔ)信息提高圖像空間分辨率,常見的方法是亞像素掃描超分辨成像法(Peleg S,Keren D,Schweitzer L.Improving image resolution using subpixelmotion[J].Pattern recognition letters,1987,5(3):223-226.)，它可實(shí)現(xiàn)多幀同一場(chǎng)景下互有亞像素級(jí)位移圖像的采集，從而優(yōu)化最終成像質(zhì)量。但這種方法需要額外的運(yùn)動(dòng)部件或是擺鏡，系統(tǒng)十分復(fù)雜；如此一來(lái)，實(shí)驗(yàn)條件要求非常苛刻，實(shí)驗(yàn)可操作性差。2005年，Solomon J等人提出了在成像系統(tǒng)的傅里葉平面放置一個(gè)掩模，這個(gè)掩模對(duì)物頻譜進(jìn)行編碼成像之后再對(duì)像頻譜進(jìn)行解碼(Solomon J,Zalevsky Z,Mendlovic D.Geometricsuper resolutionby code division multiplexing[J].Applied optics,2005,44(1):32-40.)。加掩模的方法可以克服由CCD兩相鄰素中心間距離引起的頻譜混疊問題。但該方法忽略了CCD像素大小，將CCD像素看成理想的點(diǎn)，并沒有解決由CCD每個(gè)像素的大小和形狀引起的低通效應(yīng)問題。并且由于其通過反卷積的方法解出物體的頻譜，所以該方法必須精確知道系統(tǒng)的OTF((光學(xué)傳遞函數(shù)))，且對(duì)拍得的圖質(zhì)量要求比較苛刻(劉晶丹,許廷發(fā),荀顯超,等.光學(xué)掩模實(shí)現(xiàn)幾何超分辨成像的仿真[J].光學(xué)精密工程,2014,22(8):2026-2031.)。2013年，劉海英等人提出了利用數(shù)字微鏡陣列(DMD)實(shí)現(xiàn)超分辨重構(gòu)，但是DMD器件存在“衍射光柵效應(yīng)”，影響超分辨效果(劉海英,李云松,吳成柯.一種數(shù)字微鏡陣列分區(qū)控制和超分辨重建的壓縮感知成像法[J].光子學(xué)報(bào),2013,43(5):510002-0510002.)。所以，想要更加高效高質(zhì)地實(shí)現(xiàn)超分辨率成像又不引入了機(jī)械移動(dòng)裝置，需要作進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)孔徑編碼超分辨光學(xué)傳遞函數(shù)的標(biāo)定方法，既可以通過精確移動(dòng)物體而拍得的多幅圖來(lái)重構(gòu)OTF，又能通過方法準(zhǔn)確標(biāo)定出物體的亞像素位移，具有非常好的穩(wěn)定性、靈活性和可操作性。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種針對(duì)孔徑編碼超分辨光學(xué)傳遞函數(shù)的標(biāo)定方法，步驟如下：