[发明专利]基于像素编码的大F数衍射实时校正的高分辨成像相机

说明书

本发明提供一种基于像素编码的大F数衍射实时校正的高分辨成像相机，解决现有传统成像相机实现高分辨率成像需要采用长焦距、大口径的问题。该高分辨成像相机包括成像镜头、探测器和数据处理模块；成像镜头为大F数、大Q值成像镜头，用于采集被测目标的成像光；探测器为低噪声探测器，用于将成像镜头采集的成像光转化为图像；数据处理模块包括计算机程序，计算机程序被执行时实现像素编码算法，利用像素编码算法进行衍射实时校正以获取高分辨率图像；该大F数成像相机口径小、同等奈奎斯特MTF较低(F数25，MTF＝0.02左右)，引入像素编码算法提高分辨率，具有口径小、长焦距、分辨率高、重量轻、图像质量高等优点。

技术领域

本发明涉及大F数高分辨率可见光成像相机，具体涉及一种基于像素编码的大F数衍射实时校正的高分辨成像相机，适用于空间目标的清晰成像，可满足0.3m@300km空间分辨率的应用需求。

背景技术

在光电探测成像领域实现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、遥感、目标识别等领域。根据瑞利判据可知，传统光学成像系统的角分辨率主要由光波波长λ和主镜尺寸D限制。在特定工作波长下，提高成像系统分辨率的主要手段只能通过增大主镜口径。但随着成像系统主镜口径的增大，其加工、镀膜、装配的难度也将大幅度提高，由此限制了主镜口径的增大方式。传统光学成像手段衍生出的合成孔径成像技术和阵列成像拼接技术等可提高成像分辨率，但是其本质都是通过扩大系统等效口径以达到提高成像分辨率的目的，但子孔径的共相位拼接、加工和装配等难点均限制了该技术的发展。

计算光学成像是将传统光学成像和数字信号处理相结合的一种新型成像方式，不同于传统光学成像，计算光学成像不直接通过光学系统得到最终图像，而是利用数字信号处理技术对中间图像进行处理，最终得到清晰图像。该类方法摆脱了传统成像系统的限制，能够使系统具有大景深、大动态范围、高分辨率等特性，极大地拓展了传统光学成像系统的潜力。由此衍生出的多帧图像融合、超分重建技术、超分辨光瞳滤波成像技术等在高分辨成像方面有显著优势。但是，超分重建技术需要目标的多幅图像才能进行图像的重建，通过牺牲时间分辨率或者增加系统的复杂性来提高空间分辨率，超分辨光瞳滤波技术利用光瞳调制技术压缩衍射光斑主瓣、提高分辨率，但是其伴随着旁瓣能量的显著增加，限制了在成像系统中的广泛推广。

为达到0.3m@300km同等空间分辨需求，现有传统成像技术手段可采用长焦距、大口径、小F数的方式，采用光学口径800mm方可保证奈奎斯特频率处的MTF＞0.15，使得目标成像清晰，边缘信息较为丰富，对比度较高，但该技术手段存在成像相机口径大、体积重、加工/装配难度加大、工程实施成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的是解决现有传统成像相机实现高分辨率成像需要采用长焦距、大口径的问题，提供一种基于像素编码的大F数衍射实时校正的高分辨成像相机。该成像相机使用低噪声探测器接收图像信号，所采用的低噪声探测器为CCD器件，此类探测器暗电流、读出噪声等自身噪声较CMOS器件的自身噪声低的多，可减弱探测器本底噪声对算法复原精度的影响；同时，大F数成像相机口径小、同等奈奎斯特MTF较低(F数25，MTF＝0.02左右)，引入像素编码算法提高分辨率，具有口径小、长焦距、分辨率高、重量轻、图像质量高等优点。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：