[發(fā)明專利]一種基于LCOS空間光調(diào)制器的可編程孔徑成像系統(tǒng)及超分辨方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710712019.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107395933B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左超;盧林芃;陳錢;孫佳嵩;闞升晨;張佳琳;李加基;顧國(guó)華;張玉珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N5/225
• 分類號(hào): H04N5/225;H04N5/232;G02B27/58
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于LCOS空間光調(diào)制器的可編程孔徑成像系統(tǒng)，包括空間光調(diào)制器(1)、光分束器(2)、透鏡二(3)、相機(jī)(4)、透鏡一(5)、成像主透鏡組(7)，所述的透鏡二(3)、光分束器(2)及透鏡一(5)構(gòu)成4f系統(tǒng)反射式光路結(jié)構(gòu)，光分束器(2)與透鏡二(3)、透鏡一(5)的夾角均為45°，透鏡二(3)、透鏡一(5)分別與光分束器(2)的距離相等；將成像主透鏡組(7)的孔徑平面(9)成像到空間光調(diào)制器(1)上，空間光調(diào)制器(1)處于透鏡一(5)的后焦面上，空間光調(diào)制器(1)同時(shí)也處于透鏡二(3)的前焦面；相機(jī)(4)位于4f系統(tǒng)透鏡二(3)的后焦面；

所述空間光調(diào)制器(1)、相機(jī)(4)與成像主透鏡組(7)分別固定安裝在光學(xué)平臺(tái)上，在調(diào)節(jié)成像主透鏡組(7)的焦距時(shí)，相機(jī)(4)與空間光調(diào)制器(1)相對(duì)于成像主透鏡組(7)的位置保持不變，主透鏡組(7)對(duì)物體成像的一級(jí)像面(6)落在透鏡一(5)的前焦面上。

2.一種基于LCOS空間光調(diào)制器的可編程孔徑成像系統(tǒng)的迭代超分辨方法，其特征在于步驟如下：

(1)在空間光調(diào)制器1上顯示一系列編碼圖案，并用相機(jī)4拍攝相應(yīng)的低分辨率圖像，將所有低分辨率圖像求和平均生成通光孔徑全開(kāi)時(shí)的低分辨圖I_a，生成公式為

Ia=1NΣk=1NIkc]]>

其中，N為低分辨率圖像的個(gè)數(shù)，下標(biāo)k表示第k個(gè)孔徑編碼對(duì)應(yīng)的圖，下標(biāo)a表示孔徑全開(kāi)對(duì)應(yīng)的圖，上標(biāo)c表示相機(jī)拍攝的圖；

(2)對(duì)I_a做Mag倍的最鄰近插值，并用其頻譜作為高分辨率頻譜的初始解

Oo=F{Iaus}]]>

其中，Mag為超分辨倍數(shù)，為I_a Mag倍最鄰近插值得到的圖，上標(biāo)us表示上采樣，F(xiàn){·}為傅里葉變換算子；

(3)選取第k幅孔徑編碼圖案，以其對(duì)應(yīng)的光學(xué)傳遞函數(shù)P_k截取物體的初始高分辨率頻譜的頻譜信息，其中OTF正比于編碼孔徑的自相關(guān)函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行傅里葉逆變換得到目標(biāo)光強(qiáng)分布目標(biāo)光強(qiáng)生成公式為

Oi,ke=OiPk]]>

oi,ke=F-1{Oi,ke}]]>

其中，上標(biāo)e表示目標(biāo)圖，下標(biāo)i表示迭代次數(shù)，表示第k幅孔徑編碼圖案對(duì)應(yīng)的頻譜，F(xiàn)^-1{·}為逆傅里葉變換算子；

(4)對(duì)目標(biāo)光強(qiáng)圖進(jìn)行降采樣Mag倍得到并生成對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣C，將系數(shù)矩陣最鄰近插值后去更新目標(biāo)光強(qiáng)分布，更新公式為

C=Ikcoi,ke,ds]]>

oi,ke,u=Cusoi,ke]]>

其中，為第k幅孔徑編碼圖案對(duì)應(yīng)的更新后的目標(biāo)光強(qiáng)分布，上標(biāo)ds表示降采樣，上標(biāo)us表示上采樣，上標(biāo)u表示更新后的圖；

(5)對(duì)更新后的目標(biāo)光強(qiáng)分布進(jìn)行傅里葉變換，經(jīng)維納濾波后更新高分辨率物體頻譜

Oi,ke,u=F{oi,ke,u}]]>

Oi+1=Oi+Pk*max{Pk}2+ϵ(Oi,ke,u-Oi,ke)]]>

其中，為更新后的目標(biāo)光強(qiáng)分布的頻譜，max{·}表示取矩陣元素最大值，ε為與噪聲相關(guān)的常數(shù)；

(6)選擇另一幅孔徑編碼圖案，重復(fù)迭代步驟(3)-(5)，直到所有孔徑編碼圖案所對(duì)應(yīng)的低分辨率圖像都更新過(guò)一次；

(7)重復(fù)迭代步驟(3)-(6)，直到重構(gòu)的高分辨率光強(qiáng)圖收斂此時(shí)就完成了“亞像元”超分辨率成像。