[发明专利]一种超分辨率大视场红外成像方法

摘要

本发明公开了一种超分辨率大视场红外成像方法。其步骤为：(1)建立多孔径成像模型；(2)设置压缩编码模板；(3)获取低分辨率编码图像阵列；(4)重构压缩编码图像阵列；(5)超分辨率大视场重构。本发明充分利用了计算成像系统的优势，利用微透镜阵列和压缩编码模板获得低分辨率单元图像阵列，使用稀疏优化算法对低分辨率单元图像重构获得超分辨率单元图像，最后整合超分辨率单元图像阵列获得超分辨率大视场图像。本发明结合多孔径成像和压缩孔径编码成像技术，突破了奈奎斯特采样定律的局限，在兼顾大视场和超分辨率成像的同时，减少了计算复杂度，节省了红外探测器像元。本发明可用于红外成像、遥感成像、精确制导等技术领域。

主权项

一种超分辨率大视场红外成像方法，包括以下步骤：(1)建立多孔径成像模型：1a)在红外探测器阵列中心前端设置N×N的微透镜阵列，相邻微透镜间距为d，微透镜阵列与红外探测器平面之间的距离等于微透镜阵列的焦距；1b)在微透镜阵列中的每个微透镜四周添加挡板，每一个微透镜形成一个孔径成像，微透镜阵列形成多个孔径成像，完成多孔径成像模型建立；(2)设置压缩编码模板：2a)在空间光调制器的工作区域模板的左上角上，划分出一个大正方形区域，该大正方形区域边长等于单个微透镜通光孔径的直径；2b)在大正方形区域上，按水平和垂直方向划分出M×M个小正方形区域，M为大于单个微透镜对应的红外探测器阵列像元行列数的正整数，将大正方形区域中的小正方形区域随机地设置成50%通光和50%不通光，得到设置好的光调制器区域；2c)将设置好的光调制器区域，以相邻微透镜间距d为间隔，按水平和垂直方向分别复制N次，得到压缩编码模板；(3)获取低分辨率压缩编码图像阵列：3a)将多孔径成像模型放置在光学系统的采集端，使该多孔径成像模型的红外探测器平面与光轴垂直；3b)将压缩编码模板置于光学系统的孔径光阑处，压缩编码模板上的每个大正方形区域中心与每个微透镜中心对准；3c)按下光学系统的快门，在红外探测器上获得包含N×N幅低分辨率压缩编码单元图像的低分辨率压缩编码图像阵列；(4)重构压缩编码图像阵列：4a)将低分辨率压缩编码图像阵列中的每一幅低分辨率压缩编码单元图像矩阵按列展开，得到低分辨率压缩编码单元图像列向量；4b)采用稀疏优化重构方法，依次对每一个低分辨率压缩编码单元图像列向量进行重构，获得重建的超分辨率单元图像向量组；4c)将每一个重建的超分辨率单元图像向量重组成行列数相等的超分辨率单元图像矩阵，获得超分辨率单元图像阵列；(5)重构超分辨率大视场：5a)利用下式，得到超分辨率单元图像阵列的像素偏移量： i = d · f l · w 其中，i表示超分辨率单元图像阵列的像素偏移量，d表示微透镜阵列中相邻微透镜的间距，f表示微透镜阵列中微透镜的焦距，l表示场景与多孔径成像模型微透镜之间的距离，w表示红外探测器平面上像元的边长；5b)按照下式，得到目标图像的水平像素数目：M=[(N‑1)·i+n]·x其中，M表示目标图像的水平像素数目，N表示微透镜水平排列的数目，N的取值范围为2～10的正整数，i表示超分辨率单元图像阵列的像素偏移量，n表示超分辨率单元图像的行数，1/x表示超分辨率单元图像阵列的像素偏移量i中的非整数偏移量；5c)以目标图像的水平像素数目作为行列数目，创建所有像素值为0的目标图像；5d)按照下式，得到超分辨率单元图像阵列中，每个图像的像素在目标图像中对应的横向和纵向位置： M = [ ( U - 1 ) · i + P - 1 ] + x 2 其中，M表示超分辨率单元图像阵列中每个图像的像素在目标图像中的横向和纵向坐标，U表示超分辨率单元图像阵列的横向或纵向图像阵列中的第U个超分辨率单元图像，P表示横向和纵向第U个超分辨率单元图像中的第P个像元，i表示超分辨率单元图像阵列的像素偏移量，1/x表示超分辨率单元图像阵列的像素偏移量i中的非整数偏移量，N表示微透镜水平排列的数目，N的取值范围为2～10的正整数；5e)将超分辨率单元图像阵列中的像素值，赋值给目标图像中对应位置的像素，判断目标图像中的所有像素是否已被赋值，若是，则认为目标图像就是红外超分辨率大视场图像，若否，执行步骤5f)；5f)采用双线性插值法，获得目标图像中未被赋值的像素的像素值，得到红外超分辨率大视场图像。