[發明專利]高品質超分辨面陣成像相機及成像方法

有效

• 申請號: 201811353359.1
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109246349B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 辛偉;李創;趙惠;鄒剛毅;易紅偉;成鵬飛;王煒;樊學武
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/232
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

為了在不改變CCD探測器尺寸大小的前提下，提升光學成像系統分辨率，本發明提供了一種高品質超分辨面陣成像相機及成像方法。面陣成像相機包括前端光學系統、校正鏡組和圖像接收處理單元；在前端光學系統和校正鏡組間設置相位板；在校正鏡組輸出光路上設置分光棱鏡，在分光棱鏡反射光路和透射光路上分別設置第一反射鏡組件和第二反射鏡組件；第一反射鏡組件包括用于將分光棱鏡反射光束引入第一主CCD的第一平面反射鏡；第二反射鏡組件包括用于將分光棱鏡透射光束引入第二主CCD的第三平面反射鏡；第一主CCD相對于第二主CCD在感光面內沿兩個垂直的方各錯位0.1?0.9個像元；圖像接收處理單元采用超分辨重建算法對兩個主CCD的輸出圖像進行處理，得到最終成像圖像。

技術領域

本發明屬于光學成像領域，涉及一種面陣成像相機及成像方法。

背景技術

隨著航空航天技術的發展，對圖像的分辨率要求越來越高，在光學成像系統中，從一副目標景物得到最后看到的圖像要經過大氣環境、光學相機、CCD探測器等很多環節，這其中的每一個環節都可能會對圖像分辨率產生影響。然而，CCD探測器本身的質量還是決定最后圖像分辨率的關鍵。因此，要提高圖像的空間分辨率最直接的辦法是改進CCD探測器的尺寸，但是CCD探測器尺寸受工藝水平、信噪比等很多因素影響，到了一定技術水平之后對其進行改進不僅技術難度大，而且改進成本比較昂貴。因此，在不改變CCD探測器尺寸大小的前提下，亟需一種提升光學成像系統分辨率的技術解決方案。

發明內容

為了在不改變CCD探測器尺寸大小的前提下，提升光學成像系統分辨率，本發明提供了一種高品質超分辨面陣成像相機及成像方法。本發明所說的超分辨是指成像相機的分辨率大于相機中任意單個CCD的分辨率。

本發明的技術解決方案是：

高品質超分辨面陣成像相機，包括前端光學系統、校正鏡組和圖像接收處理單元；其特殊之處在于：

在前端光學系統和校正鏡組之間設置有相位板；

在所述校正鏡組輸出光路上設置有分光棱鏡、在所述分光棱鏡反射光路上設置有第一反射鏡組件，在所述分光棱鏡透射光路上設置有第二反射鏡組件；

所述第一反射鏡組件包括第一平面反射鏡，第一平面反射鏡用于將所述分光棱鏡的反射光束引入第一主CCD；

所述第二反射鏡組件包括第三平面反射鏡，第三平面反射鏡用于將所述分光棱鏡的透射光束引入第二主CCD；

第一主CCD相對于第二主CCD在感光面內沿兩個相互垂直的方各錯位0.1-0.9個像元；

圖像接收處理單元采用超分辨重建算法對第一主CCD和第二主CCD的輸出圖像進行處理，得到最終成像圖像。

進一步地，第一平面反射鏡與分光棱鏡反射光束夾角為67.5度。

進一步地，第三平面反射鏡的反射面與分光棱鏡的透射光束夾角為67.5度。

進一步地，第一主CCD相對于第二主CCD在感光面內沿兩個相互垂直的方各錯位0.5個像元。

進一步地，高品質超分辨面陣成像相機還包括與所述圖像接收處理單元相連的高速相機和波前檢測相機；所述第一反射鏡組件還包括第二平面反射鏡，第二平面反射鏡用于將所述分光棱鏡的反射光束引入所述高速相機；所述第二反射鏡組件還包括第四平面反射鏡，第四平面反射鏡用于將所述分光棱鏡的透射光束引入所述波前檢測相機；高速相機和波前檢測相機具有1λ的離焦位相差異，λ為光波波長。

進一步地，第二平面反射鏡的反射面與分光棱鏡的反射光束夾角45度；第四平面反射鏡的反射面與分光棱鏡的透射光束之間的夾角為45度。

進一步地，所述超分辨重建算法為反向迭代投影IBP算法。