[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

本發明公開了一種基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統及方法，其中，成像系統包括孔徑合成快速多幀采集模塊、計算機控制模塊和圖像處理模塊；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，相機陣列中的多個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；計算機控制模塊用于存儲多個面陣式探測器同步采集的對應的多幀低分辨率圖像；圖像處理模塊用于將多幀低分辨率圖像融合重建成為一幅高分辨率圖像。該成像系統光路結構簡單、成本低廉、能夠解決成像系統的像素分辨率限制和光學分辨率限制，實現快速高分辨率成像。

技術領域

本發明涉及攝影成像技術領域，尤其是涉及一種基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統及方法。

背景技術

分辨率是評價成像系統性能的重要指標之一。在實際的光學系統中，圖像采集過程非常容易受到環境干擾、器件性能成本和非理想采樣等多重因素影響，造成成像系統的像素分辨率和光學分辨率受限，使得成像系統僅能獲得含有噪聲的、模糊的和變形退化的低分辨率圖像。低分辨率圖像意味著圖像質量低，信息量少，無法提供觀察被測物體精細結構的細節特征。一般的成像系統都是孔徑受限系統，即可視為低通濾波器，探測器只能采集能夠表征被測物體輪廓形狀的低空間頻率信息，而包含被測物體豐富細節特征的高頻信息無法被探測器收集，因此降低了成像系統的分辨能力。多幀低分辨率圖像融合的方法無法解決成像系統的光學分辨率限制的問題。增大系統數值孔徑是一種有效的提高成像系統分辨能力，突破成像系統光學分辨率限制的方法。利用大口徑透鏡收集物光信息能夠增大系統的數值孔徑，改善成像質量。但大口徑透鏡意味著超高難度的透鏡加工工藝和極其高昂的透鏡制造成本，同時不易運輸和固定的劣勢也會對搭建成像系統造成障礙。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統，光路結構簡單、成本低廉、能夠解決成像系統的像素分辨率限制和光學分辨率限制，實現快速高分辨率成像。

根據本發明一方面實施例的基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統，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。

根據本發明一方面實施例的基于相機陣列孔徑合成的高分辨率計算成像系統，通過孔徑合成快速多幀采集模塊同步采集帶測物體同一區域的多幀低分辨率圖像，利用多幀低分辨率圖像通過圖像處理模塊融合重建一幅高分辨率圖像，解決了成像系統的像素分辨率限制和光學分辨率限制，實現快速高分辨率成像，且光路結構簡單、成本低廉。

根據本發明一方面的一個實施例，還包括：

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。

根據本發明一方面的一個實施例，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。

根據本發明一方面的一個實施例，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。

根據本發明一方面的一個實施例，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。