[发明专利]一种偏振方向全分辨率图像重构方法

说明书

本发明一种偏振方向全分辨率图像重构方法，属于偏振成像器件和偏振图像处理及显示技术领域。本偏振成像像素阵列的图像重构方法，通过下采样将阵列图像分解为不同偏振方向图像，采用权重估计和插值计算补齐偏振方向缺失像素值，以获得各个偏振方向的全分辨率图像。本发明比现有的以4个像素为超像素单元排列更加紧密；利用像素相关性插值计算，将偏振方向图像分辨率提高至原来的三倍。

技术领域

本发明属于偏振成像器件和偏振图像处理及显示技术领域，尤其涉及一种偏振方向全分辨率图像重构方法。

背景技术

在偏振成像传感器中，焦平面偏振仪分割(DoFP)是一种常见的类型。由于纳米制造技术的发展以及时间同步的优势，DoFP传感器在获取实时偏振图像方面得到了广泛的关注和应用。如下图所示，DoFP传感器的关键部件是焦平面阵列(FPA)，其中每四个偏振滤波器分别采集方向为0°，45°，90°和135°的偏振光，形成一个2×2的超像素单元。这些具有周期性的超像素被排布在焦平面上，使得DoFP传感器可以同时获得四个方向的偏振图像，如图1所示。

然而，由于每个偏振滤波器只能采集到相应的偏振方向的强度信息，DoFP传感器的输出图像是单一偏振滤波器的4倍，导致空间分辨率的损失，因此，在获得DoFP传感器的输出图像后会通过插值等方法来填补缺失像素以同时获得不同偏振状态的强度图像。这一处理方式的目的是获取代表四个偏振通道的全分辨率图像。

按照偏振探测中的计算原理实际仅获得目标光源在三个方向上的偏振强度参数即可。我们对本专利提出的具有三个偏振方向的焦平面图像(如图2所示)进行处理，以目前现有插值方法进行处理，由于不能合理考虑像素间的相关性，造成很难获得不同偏振方向的全分辨率图像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦平面偏振图像像素重构方法，以解决现有具有三个偏振方向焦平面偏振成像像素阵列获取的焦平面偏振图像重构问题，普通的插值方法可能造成估算值不精准的问题。针对此问题，提出能够解决插值误差的方案，以提高每个偏振方向强度图像的分辨率。

为实现上述目的，本发明的偏振方向全分辨率图像重构方法的具体技术方案如下：

一种偏振方向全分辨率图像重构方法，具体包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1、对焦平面图像进行下采样处理，将其分解为a、b、c三个偏振方向的图像；

步骤S2、针对每一偏振方向的图像，与规定方向相同的像素(标记了c)是有该方向光强值的像素，定义为有值像素；而与规定方向不相同偏振方向的像素(图中空白像素单元)是没有该方向光强值的像素，定义为空缺像素(如图4中像素c₁周围六邻域都是空缺像素)；

步骤S3、通过对每个空缺像素的邻域像素强度进行权重估计和插值计算，来补齐三个偏振方向的图像中所有空缺像素的光强值，从而获得各个偏振方向的全分辨率图像。

进一步的，具体包括下采样，权重估计和插值计算三个步骤：

以计算补齐偏振方向c的全分辨率图像为例，对于一个空缺像素X，估计其光强值I_X的方法是：

在偏振方向为c的分解图像上，对于每一个空缺像素X，其邻近的六邻域内的6个像素中有三个有值像分别为c₁像素、c₂像素和c₃像素；

根据c₁、c₂、c₃的光强值大小进行权重估计，即计算空缺像素邻域内的三个有值像素(c₁、c₂、c₃)的权重值，如公式1：