[發(fā)明專利]基于像素編碼的大F數(shù)衍射實(shí)時(shí)校正的高分辨成像相機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110585908.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113393380A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單秋莎;周亮;劉朝暉;黃靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明提供一種基于像素編碼的大F數(shù)衍射實(shí)時(shí)校正的高分辨成像相機(jī)，解決現(xiàn)有傳統(tǒng)成像相機(jī)實(shí)現(xiàn)高分辨率成像需要采用長(zhǎng)焦距、大口徑的問(wèn)題。該高分辨成像相機(jī)包括成像鏡頭、探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理模塊；成像鏡頭為大F數(shù)、大Q值成像鏡頭，用于采集被測(cè)目標(biāo)的成像光；探測(cè)器為低噪聲探測(cè)器，用于將成像鏡頭采集的成像光轉(zhuǎn)化為圖像；數(shù)據(jù)處理模塊包括計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)像素編碼算法，利用像素編碼算法進(jìn)行衍射實(shí)時(shí)校正以獲取高分辨率圖像；該大F數(shù)成像相機(jī)口徑小、同等奈奎斯特MTF較低(F數(shù)25，MTF＝0.02左右)，引入像素編碼算法提高分辨率，具有口徑小、長(zhǎng)焦距、分辨率高、重量輕、圖像質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大F數(shù)高分辨率可見(jiàn)光成像相機(jī)，具體涉及一種基于像素編碼的大F數(shù)衍射實(shí)時(shí)校正的高分辨成像相機(jī)，適用于空間目標(biāo)的清晰成像，可滿足0.3m@300km空間分辨率的應(yīng)用需求。

背景技術(shù)

在光電探測(cè)成像領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高分辨率成像一直是重要的研究和探索方向，尤其是在航天、遙感、目標(biāo)識(shí)別等領(lǐng)域。根據(jù)瑞利判據(jù)可知，傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)的角分辨率主要由光波波長(zhǎng)λ和主鏡尺寸D限制。在特定工作波長(zhǎng)下，提高成像系統(tǒng)分辨率的主要手段只能通過(guò)增大主鏡口徑。但隨著成像系統(tǒng)主鏡口徑的增大，其加工、鍍膜、裝配的難度也將大幅度提高，由此限制了主鏡口徑的增大方式。傳統(tǒng)光學(xué)成像手段衍生出的合成孔徑成像技術(shù)和陣列成像拼接技術(shù)等可提高成像分辨率，但是其本質(zhì)都是通過(guò)擴(kuò)大系統(tǒng)等效口徑以達(dá)到提高成像分辨率的目的，但子孔徑的共相位拼接、加工和裝配等難點(diǎn)均限制了該技術(shù)的發(fā)展。

計(jì)算光學(xué)成像是將傳統(tǒng)光學(xué)成像和數(shù)字信號(hào)處理相結(jié)合的一種新型成像方式，不同于傳統(tǒng)光學(xué)成像，計(jì)算光學(xué)成像不直接通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)得到最終圖像，而是利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)中間圖像進(jìn)行處理，最終得到清晰圖像。該類方法擺脫了傳統(tǒng)成像系統(tǒng)的限制，能夠使系統(tǒng)具有大景深、大動(dòng)態(tài)范圍、高分辨率等特性，極大地拓展了傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)的潛力。由此衍生出的多幀圖像融合、超分重建技術(shù)、超分辨光瞳濾波成像技術(shù)等在高分辨成像方面有顯著優(yōu)勢(shì)。但是，超分重建技術(shù)需要目標(biāo)的多幅圖像才能進(jìn)行圖像的重建，通過(guò)犧牲時(shí)間分辨率或者增加系統(tǒng)的復(fù)雜性來(lái)提高空間分辨率，超分辨光瞳濾波技術(shù)利用光瞳調(diào)制技術(shù)壓縮衍射光斑主瓣、提高分辨率，但是其伴隨著旁瓣能量的顯著增加，限制了在成像系統(tǒng)中的廣泛推廣。

為達(dá)到0.3m@300km同等空間分辨需求，現(xiàn)有傳統(tǒng)成像技術(shù)手段可采用長(zhǎng)焦距、大口徑、小F數(shù)的方式，采用光學(xué)口徑800mm方可保證奈奎斯特頻率處的MTF＞0.15，使得目標(biāo)成像清晰，邊緣信息較為豐富，對(duì)比度較高，但該技術(shù)手段存在成像相機(jī)口徑大、體積重、加工/裝配難度加大、工程實(shí)施成本高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有傳統(tǒng)成像相機(jī)實(shí)現(xiàn)高分辨率成像需要采用長(zhǎng)焦距、大口徑的問(wèn)題，提供一種基于像素編碼的大F數(shù)衍射實(shí)時(shí)校正的高分辨成像相機(jī)。該成像相機(jī)使用低噪聲探測(cè)器接收?qǐng)D像信號(hào)，所采用的低噪聲探測(cè)器為CCD器件，此類探測(cè)器暗電流、讀出噪聲等自身噪聲較CMOS器件的自身噪聲低的多，可減弱探測(cè)器本底噪聲對(duì)算法復(fù)原精度的影響；同時(shí)，大F數(shù)成像相機(jī)口徑小、同等奈奎斯特MTF較低(F數(shù)25，MTF＝0.02左右)，引入像素編碼算法提高分辨率，具有口徑小、長(zhǎng)焦距、分辨率高、重量輕、圖像質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：