[發明專利]基于孔徑調制的超分辨率成像方法

在審

• 申請號: 202010986140.6
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112037136A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 何晉平;徐彪
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T5/00;G06T7/11;G06K9/62
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

1.基于孔徑調制的超分辨率成像方法，其特征在于，包括：

S1：調制成像系統孔徑并采集獲得具有k幅圖像的圖像序列；

S2：對所述圖像序列進行預處理并預猜測出超分辨率圖像；

S3：根據超分辨率圖像構建字典并抽取投影；

S4：使用上述投影重建出超分辨率圖像；

S5：將超分辨率圖像在步驟S3和步驟S4之間迭代更新，直到滿足迭代停止條件，得到最終超分辨率圖像。

2.根據權利要求1所述的基于孔徑調制的超分辨率成像方法，其特征在于，所述圖像序列通過超分辨率成像系統獲得，所述超分辨率成像系統包括可變光闌、透鏡、相機和計算機，所述可變光闌用于改變整個成像系統的孔徑，可設置于成像系統中的任意位置，所述可變光闌和相機由計算機控制；調節可變光闌的孔徑為D₁，使用相機采集對應的圖像I_1raw；減小可變光闌的孔徑為D₂，使用相機采集對應的圖像I_2raw；繼續減小可變光闌的孔徑為D₃，使用相機采集對應的圖像I_3raw；以此類推，經過k次孔徑調節和圖像采集，得到一個具有k幅圖像的圖像序列。

3.根據權利要求1所述的基于孔徑調制的超分辨率成像方法，其特征在于，所述預處理包括濾波；

其中F和F^-1分別為傅里葉變換和傅里葉逆變換，I_mraw是采集到的圖像，I_m是濾波后的圖像，H_Dm是低通濾波函數，它的截止頻率等于孔徑為D_m的成像系統所對應的截止頻率。

4.根據權利要求1或3所述的基于孔徑調制的超分辨率成像方法，其特征在于，所述預處理包括預猜測超分辨率圖像；

其中g是幾何像的向量形式，此最優化過程的解是對g的近似，即預猜測得到的超分辨率圖像，I_maxD是在最大孔徑下采集的圖像的向量形式，M是成像系統在最大孔徑下的點擴散函數對應的卷積矩陣，e₁從噪聲方差計算得到；噪聲方差從圖像的背景區域(即沒有光強度的區域)統計得到。

5.根據權利要求1所述的基于孔徑調制的超分辨率成像方法，其特征在于，所述投影的抽取方法為：

對于圖像序列中的某個像素點(x，y)，由于具有k幅圖像，則(x，y)處有k個強度-孔徑數據點，從這些強度-孔徑數據點，抽取像素(x，y)對應的投影：

其中p是像素(x，y)對應的投影，此最優化過程的解是對p的近似，即抽取出的像素(x，y)對應的投影，I_x,y,D是像素(x，y)處的強度-孔徑數據點，e₂從噪聲方差計算得到，矩陣H’_x,y是用于抽取投影的字典：

其中

其中h是成像系統點擴散函數的極坐標形式，r是以(x，y)為圓心的圓弧的半徑，D是成像系統的孔徑，a＝π/λf，λ是入射光的波長，f是成像系統的焦距，J₁是一階第一類貝塞爾函數，r₁和r_n分別是以(x，y)為圓心的且與超分辨率圖像前景區域(即有光強度的區域)相交的圓弧的最小和最大半徑；

當抽取所有像素的投影后，得到：

將其記為

p_allpixel＝P_allpixelg。

6.根據權利要求1所述的基于孔徑調制的超分辨率成像方法，其特征在于，所述超分辨率圖像的重建方法為：

使用步驟S3得到的投影重建超分辨率圖像：

其中μ是正則化系數，正則化矩陣L是卷積矩陣，對應于空域高通濾波卷積核，獲得方法為：首先，確定一個頻域高通濾波函數F₁，然后，通過傅里葉逆變換得到空域高通濾波卷積核最后，將f₁寫為卷積矩陣形式L。