[發明專利]基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統及方法

有效

• 申請號: 202010929508.5
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112261315B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 曹良才;吳佳琛;李兵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H04N5/265
• 分類號: H04N5/265;H04N7/01
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 戴冬瑾

1.一種基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統，其特征在于，包括：

孔徑合成快速多幀采集模塊，所述孔徑合成快速多幀采集模塊為包含多個面陣式探測器的相機陣列，所述相機陣列中的多個所述面陣式探測器用于同步采集待測物體同一區域的低分辨率圖像；

計算機控制模塊，所述計算機控制模塊用于存儲多個所述面陣式探測器同步采集的對應的多幀所述低分辨率圖像；

圖像處理模塊，所述圖像處理模塊與所述計算機控制模塊相連，用于將多幀所述低分辨率圖像融合重建成為一幅高分辨率圖像；

所述圖像處理模塊包括：配準計算模塊和計算重建模塊，所述配準計算模塊利用相位相關算法對采集多幀存在微小位移的圖像進行亞像素級匹配校準；所述計算重建模塊用于先針對探測器像素分辨率限制，利用最大后驗估計方法進行高分辨率融合重建，然后針對成像系統光學分辨率限制，利用解卷積方法重建高分辨率圖像，采用相位條紋濾波器降低噪聲；

外部觸發模塊，所述外部觸發模塊用于控制所述孔徑合成快速多幀采集模塊同步采集待測物體同一區域的低分辨率圖像。

2.根據權利要求1所述的基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統，其特征在于，還包括：

采集模塊固定調節模塊，所述采集模塊固定調節模塊用于固定及調節所述孔徑合成快速多幀采集模塊。

3.根據權利要求1所述的基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統，其特征在于，所述計算機控制模塊還用于控制所述孔徑合成快速多幀采集模塊的采集參數。

4.一種基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

搭建如權利要求1-3中任意一項所述的基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統；

利用所述相機陣列中的多個所述面陣式探測器同步采集待測物體同一區域的低分辨率圖像；

多幀所述低分辨率圖像存儲于所述計算機控制模塊中；

利用所述圖像處理模塊將多幀所述低分辨率圖像融合重建成為一幅高分辨率圖像；

所述將多幀所述低分辨率圖像融合重建成為一幅高分辨率圖像進一步包括如下子步驟：

利用相位相關算法對采集的多幀所述低分辨率圖像分別進行亞像素級匹配校準，得到多幀配準圖像；

利用最大后驗估計方法對多幀所述配準圖像進行高分辨率圖像融合重建，得到一幅融合圖像；

估計成像系統的PSF函數，利用解卷積方法對所述融合圖像重建高分辨率圖像。

5.根據權利要求4所述的基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像方法，其特征在于，所述相位相關算法的配準依據為：

給定兩個在空間域內相似圖像函數之間具有水平方向的位移a和垂直方向的位移b，

g(x,y)＝f(x-a,y-b) (2)

等號左右兩端變換到頻域，可以得到

G(u,v)＝F(u,v)exp{-i(ua+vb)} (3)

然后相位相關性可用歸一化互功率譜來表示，

Q是由圖像平移a和b產生的相移分量組成的復矩陣；

將式(4)中的相位角看作u-v的笛卡爾坐標系中的二維平面，相移角在二維平面上是2π的包裹相位且在u和v方向上連續展開，所述相移角展開前采用相位條紋濾波器來降低噪聲，最后對相位展開數據進行精確估計。