[發明專利]基于壓縮編碼孔徑的高分辨率相機成像方法

有效

• 申請號: 202010437720.X
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111416980B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 孫瑾秋;孫巍;張成;朱宇;張艷寧
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04N19/42
• 分類號: H04N19/42;H04N19/44
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種基于壓縮編碼孔徑的高分辨率相機成像方法，用于解決現有高分辨率成像方法成像分辨率較低的技術問題。技術方案是通過構建頻域互補編碼孔徑光闌評價指標，利用模板序列進行選擇、交叉、變異過程，尋找使評價指標最大的一組頻域互補編碼孔徑模板集合，這些模板在頻域之間相互互補，從而保證通過設計的不同編碼孔徑光闌拍攝的圖像以保留場景中不同成分的高頻細節信息，從而為細節信息恢復提供支撐。本發明通過優化設計一組頻域互補的編碼孔徑組合替代傳統光學系統孔徑光闌處的單一高斯編碼形式，不僅拓寬了相機孔徑頻譜范圍，而且去除了編碼孔徑在頻率響應的冗余信息，實現了在感知階段的最大信息量圖像獲取，提高了圖像成像分辨率。

技術領域

本發明涉及一種高分辨率成像方法，特別是涉及一種基于壓縮編碼孔徑的高分辨率相機成像方法。

背景技術

在相機成像過程中，傳統相機孔徑形成的點擴散函數一般為類高斯型，其在頻率域表現為高頻分量丟失且含有較多頻域為零的點。場景信息通過孔徑入射到探測器上，由于孔徑頻域低通特性，場景中的高頻信息會被濾除，導致獲取圖像細節分辨能力降低。而僅通過后端重建方法恢復捕獲圖像階段損失的高頻信息往往會在重建圖像中注入不真實信息，甚至導致信息混淆等重建誤差。因而對相機孔徑光闌進行有效設計，并設計有效的重建方法，通過計算成像手段恢復場景更多高頻細節信息是十分有必要的?，F在主流的相機編碼孔徑設計主要通過隨機或主觀判斷獲取相對較優的編碼孔徑模板，拓寬濾波器頻譜范圍，然而通過隨機或主觀判斷設計的編碼孔徑的頻域響應存在較多冗余信息，沒有考慮相互之間的頻率互補性，無法最大化場景高頻信息的保留能力。另外，通過外部字典稀疏表示進行圖像重建通常需要大量外部數據訓練字典，且沒有考慮圖像內部及編碼序列圖像之間的相關信息，導致重建精度降低。

文獻“Robust All-in-focus Super-Resolution for Focal Stack Photography[J].IEEE Transactions on Image Processing,2016:1-1.”公開了一種基于焦點堆棧的全聚焦高分辨成像方法。該方法基于后端的數據需求，提出利用不同大小相機孔徑頻域間的互補信息獲取場景序列圖像，在后端重建圖像的過程中，利用三次插值參數化模糊核投影，并應用randon變換重建任意深度的散焦模糊核，同時使用了L1范數抑制噪聲，對序列圖像進行高分辨率圖像重建，有效提升了圖像分辨率。文獻方法相比傳統單一相機孔徑雖然可以保留場景中更豐富的高頻信息，但不同大小孔徑對場景信息頻譜響應存在較大冗余性，無法保留更多場景高頻細節信息，且該方法在后端重建過程中沒有考慮序列圖像之間及自身內部的非局部相似特性，導致場景中的高頻細節信息丟失，成像圖像分辨率較低。

發明內容

為了克服現有高分辨率成像方法成像分辨率較低的不足，本發明提供一種基于壓縮編碼孔徑的高分辨率相機成像方法。該方法通過構建頻域互補編碼孔徑光闌評價指標，利用模板序列進行選擇、交叉、變異過程，尋找使評價指標最大的一組頻域互補編碼孔徑模板集合，這些模板在頻域之間相互互補，從而保證通過設計的不同編碼孔徑光闌拍攝的圖像以保留場景中不同成分的高頻細節信息，不同圖像序列包含的細節信息相互互補，從而為細節信息恢復提供支撐。本發明通過優化設計一組頻域互補的編碼孔徑組合替代傳統光學系統孔徑光闌處的單一高斯編碼形式，不僅拓寬了相機孔徑頻譜范圍，而且去除了編碼孔徑在頻率響應的冗余信息，實現了在感知階段的最大信息量圖像獲取。充分利用不同編碼圖像之間及圖像內部塊的相關性，建立后端高分辨率圖像自相似重建模型，提高了重建精度。突破了物理成像在分辨率等方面的局限性，提高了圖像成像分辨率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于壓縮編碼孔徑的高分辨率相機成像方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、編碼孔徑模板設計。