[发明专利]CCD相机强度-涨落关联成像方法

说明书

技术领域

本发明属于光成像技术领域，涉及一种无需采用大孔径透镜即可获取高分辨率、高对比度和抗大气湍流扰动图像的CCD相机强度-涨落关联成像方法。

背景技术

在遥感、天文、侦察、制导、科研、生产以及日常生活中，照相是获取影像的基本手段。但在许多实际情况和应用环境中，由于大气湍流扰动使影像模糊，影响成像质量，另外，传统的采用经典成像方法的制式相机的成像分辨率受到基本物理原理——瑞利衍射极限的限制。根据阿贝尔原理，基于透镜的相机，其成像分辨率与透镜的数值孔径成正比，要获得远距离高分辨率的像，就需要加大透镜的焦距和口径，但孔径太大不仅导致设备体积和重量的巨大负担，在卫星等特殊成像环境下不便应用，而且大孔径光学成像系统的价格也过于昂贵。综上所述，就本技术领域而言，如何提高成像质量特别是远距离成像的分辨率并实现突破经典极限的限制，长期以来一直是人们向往的目标。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种CCD相机强度-涨落关联成像方法，该成像方法通过在强度-涨落关联成像中减去受到湍流扰动变模糊的经典像的部分，保留不受扰动的部分，进而获取清晰图像，同时，该方法具有量子鬼关联像的特点，其分辨率不受经典瑞利衍射极限限制，即分辨率不受透镜孔径限制，高分辨率，抗扰动能力强，此外，采用本发明所述分辨率可获得高对比度像。

为实现上述发明目的而提出的CCD相机强度-涨落关联成像方法包括以下步骤：

1、将具有电荷耦合器件CCD的CCD相机光学系统的镜头对准待测目标取景，对待测目标照相曝光后，电荷耦合器件CCD通过CCD相机光学系统接收到待测目标反射或发射光子并将其转化为电信号；

2、将CCD各像素单元曝光光子数的输出信号按时序用数据采集卡采集并存储，通过计算机及软件将曝光时间划分为若干短时间窗口，根据各像素单元在各时间窗口内的光子总数计算每个像素单元的平均光子数(具体做法是：记录一个像素单元各时间窗口中的光子数，累计相加得到总光子数，除以时间窗口数目，得到各时间窗口的平均值)，将各像素单元时间窗口平均光子数与各时间窗口光子数比较，大于或小于平均值的数值为涨落，且据此对像素单元时间窗口内的数据分类：大于平均值的为正，小于平均值的为负；

3、在各像素单元中选定的两个像素单元，用计算机及软件对于选定的两个像素单元就同步时间窗口中的光子数或涨落的乘积进行计算：分别计算正-正、负-负、正-负、负-正的乘积，并将其按像素单元在曝光时间内归一化；

4、按照像素单元间光场强度涨落-涨落关联公式和光场强度-强度关联公式的统计计算公式，即下文具体实施方式中的公式(5)、(6)，分别计算所选定的两个像素单元之间的光子数(光场强度)-光子数(光场强度)关联或涨落-涨落关联；

5、利用以上计算获得的两个像素单元之间的光子数-光子数关联或涨落-涨落关联的结果，按照热光关联成像(热光鬼成像)原理和方法，即可在图像显示器或图像输出设备中得到目标的关联像。

本发明进一步的技术解决方案还在于：通过计算机及软件将CCD接收光时间均匀划分为小的时间段，即标记为Δt₁,Δt₂,…,Δt_j,…的时间窗口，由上述步骤1得到的光子测量数据信息首先存储到CCD的寄存器中，然后通过计算机与CCD的接口在一系列短的时间窗口内由数据采集卡按各像素单元曝光光子数输出信号时序采集并存储；在各像素单元中选定的两个像素单元A和B，像素单元A和B接收照射光子的计数分别为n_jA和n_jB，j是时间窗口编号；利用计算机或图像卡软件计算CCD每个像素单元接收光时间内的平均光子数目和；接着，使每个像素单元中的平均光子数与各时间窗口中实际光子数进行比较，将每个时间窗内的光子数分为“正”和“负”，即“正”、“负”确认：

其中j表示窗口编号，α=A，B，光子数及其涨落n和Δn分别对应于光场强度和它的涨落；

将两个像素单元的光场强度及其涨落组合分组：正的为一组，负的为另一组，即，和表示两个像素单元都是正和都是负，和表示两个像素单元的涨落都是正和都是负，分别对应于和和

在A和B像素单元和通道时间窗同步校准之后，计算两个像素单元之间同步时间窗内强度涨落-涨落关联的数值