[实用新型]红外光学超分辨率成像仪

说明书

技术领域

实用新型涉及一种红外光学超分辨率成像仪，属于信号获取及信号处理和视频监视监控领域。

背景技术

随着人们对电视监控系统工程的要求愈来愈高，对一些重要的场所越来越要求做到24小时连续监控，因此高可靠的夜间监控也越来越受到人们的重视。实现夜视的方法，可以采用常规的可见光照明，但此法不仅不能隐蔽，反而更加暴露监控目标。隐蔽的夜视监控，目前都是采用红外摄像技术。红外摄像技术是利用任何物体在绝对零度(一273℃)以上都有红外光发射的原理。由于人的身体和发热物体发出的红外光较强，其它非发热物体发出的红外光很微弱，因此，利用特殊的红外光学监测设备就可以实现夜间监控。

高分辨率图像通常是目前大多数电子成像系统所要追求达到的最终效果。所谓高分辨率就是指图像中的像素密度很高以致可以提供更多细节信息，而这一点在实用当中是非常关键的。从上世纪70年代开始，在许多成像系统中CCD和CMOS成像传感器被广泛地使用。尽管这些传感器对多数成像应用是合适的，但分辨率的提高仍是将来很长一段时间的主要需求。通常，增加空间分辨率的方式有两种。最为直接的方法就是减小传感器像素的尺寸，也即增加单位面积上的像素数。这主要依赖于传感器制造工艺上的改进。然而，随着传感器像素尺寸的降低，它所吸收的光量也减少，这样成像噪声就会严重影响图像的质量。实验表明，传感器像素尺寸存在一个最优极限，如果小于这个尺寸，图像就会受到噪声的极大干扰。目前成像传感器工艺技术已经几乎达到了这样一个极限。另外一种增强分辨率的方式就是增大集成芯片的尺寸以获得更多的图像信息。但是这样导致芯片电容也会提高，由于大电容会使电荷转移速率降低，因此这种方法很少采用。

除了以上两种方法在在物理特性上的限制，在实际的一些应用中，高精度光学传感器的价格也是需要考虑的重要因素。尤其是，目前所使用的高清晰红外型监视摄像机普遍价格昂贵，因此主要应用于军事领域。对于民用普通夜间监控，很少采用昂贵的高清红外成像系统，而是牺牲一定的清晰度寻求价格适中，大多用户能够接受的低分辨率红外摄像机。由于普通民用成像设备的低分辨率再加上夜间红外成像，直接获得的视频或图像是不清晰的。在此我们提出采用一种不依赖成像设备的软方法来改善获得的视频或图像的清晰度。该方法对观测的一系列低分辨率图像进行处理可以得到高质量高分辨率的图像从而满足硬件难以达到的要求。目前，这种分辨率增强方法已成为最为活跃的研究领域之一，并被称为超分辨率图像重构。应用信号处理的方法增强分辨率主要有两大优点：一个是成本较低，另外就是可利用现有的低分辨率成像系统。目前，超分辨率重构已有很多成熟的算法，在这些众多算法当中，基于Huber先验模型的最大后验(maximum a posteriori，MAP)算法以其对细节和边缘良好的保持能力而被广泛采用。然而，对于很多应用领域，图像的细节和边缘需要额外的突出，因此改进的基于Huber先验模型的MAP算法被用来满足特定的要求。

大多数超分辨率图像重构都是应用通用的PC机加以实现的。首先，要将获取到的低分辨率图像序列导入PC中，然后调用事先写好的算法程序对此图像序列进行处理，这一过程包括图像序列的配准和重构。很多情况下，被处理图像序列的数据量都是很大的，因此依赖于PC机仅适用于对实时性要求不太强的情况。

目前视频监控存在的几个问题：①主要都是针对目标的可见光监控，对于夜间黑暗场合，较低成本的设备较难获得目标的完整清晰的可见光视频信息。②红外光学图象传感器能够捕捉到较完整的目标信息，但价格适中且常用的红外光学图象传感器分辨率不高，很难获得目标的细节信息。③基于信号处理的软方法可以弥补图象传感器分辨率的不足，但采用通用PC机基于信号处理的软方法，其实时处理及灵活性能力不强。④多数视频监控仪仅可以短距离固定监视，满足不了便捷快速的网络化监视监控的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有的红外光学传感器不能获取更高分辨率图像和价格昂贵的缺点以及PC机处理数据实时性不高和网络化监视监控不便的问题，本实用新型提出一种红外光学超分辨率成像仪。该成像仪不仅能满足红外图像实时获取超分辨率处理的要求，而且能高速地方便地输出图像以便于网络监视监控，另外图像的细节和边缘还得到了有效的增强，弥补了普通算法只能保持细节和边缘的不足。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：