一种基于可变光圈编码的成像系统及超分辨方法技术方案

一种基于可变光圈编码的成像系统及超分辨方法，所述系统由成像透镜组、可变光圈、图像采集装置以及图像处理模块组成。其中可变光圈由光圈叶片部、光圈固定座构成。通过调节光圈叶片部来调制系统点扩散函数获取一系列低分辨率图像，并对拍摄的图像进行曝光补偿后，在空域和频域双重约束下进行迭代反投影，使代价函数最小化，获得超分辨图像，从而突破探测器空间采样不足的成像限制。本发明专利技术相较于现有的编码成像系统而言，该成像系统不需引入额外的机械扫描装置，通过调节光圈即能实现编码成像，操作简单，成本低，提升信噪比，获得更好的图像质量。该成像系统及其超分辨算法能够成功实现可见光波段的超分辨成像，可以将成像分辨率提升近两倍。率提升近两倍。率提升近两倍。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可变光圈编码的成像系统及超分辨方法


[0001]本专利技术属于计算光学成像技术，具体为一种基于可变光圈编码的成像系统及超分辨方法。

技术介绍

[0002]光电技术作为现在比较前沿的一项技术而言，在各行各业都发挥着重要作用。而高分辨率成像在汽车领域、环境监测领域、军用成像领域都发挥着至关重要的作用。获得高分辨率，高灵敏度，高动态范围的清晰图像是人类在影像上一直追求的永恒目标。然而对于“所见即所得”的传统成像系统而言，图像分辨率严重依赖于传感器的像元尺寸的大小，采用传统光学成像系统设计思路想要获得成像性能的少量提升，通常意味着硬件成本的急剧增加，而一味的缩小传感器像元尺寸也会带来灵敏度低、光电串扰等问题影响图像成像质量且增加数据存储复杂度。
[0003]为了突破探测器像元尺寸造成的图像像素化的成像限制，研究人员提出了多种超分辨成像技术([1]张海涛,赵达尊.微扫描减少光电成像系统频谱混淆的数学原理及实现[J].光学学报,1999(09):1263
‑
1268.)。微扫描方法是减少混叠的常用方案之一：采集多帧亚像素级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可变光圈编码的成像系统，其特征在于，包括：成像透镜组(1)、可变光圈(2)、图像采集装置(3)以及图像处理模块(6)；其中，所述可变光圈(2)包括光圈叶片部(4)和光圈固定座(5)，所述可变光圈(2)的光圈叶片部(4)与成像透镜组(1)共轴，且光圈叶片部(4)通过光圈固定座(5)贴着成像透镜组(1)固定，图像采集装置(3)位于成像透镜组(1)的后焦面上；所述成像透镜组(1)、可变光圈(2)相对固定安装，可变光圈(2)与图像采集装置(3)安装固定在光学平台上；通过调节可变光圈(2)的光圈叶片部(4)的有效通光孔径大小控制进入成像透镜组(1)的入射光线，通过图像采集装置(3)采集不同孔径大小下的编码图像以及不同编码图案所对应的实拍低分辨率图像，图像处理模块(6)用于对采集的图像进行处理，获得高分辨图像。2.根据权利要求1所述的基于可变光圈编码成像系统，其特征在于，调节可变光圈的光圈叶片部，使可变光圈的有效通光孔径从截止光圈数F1，以等间距光圈数ΔF减少至光圈数F
N
，记录N个不同光圈数下的编码图案Pattern
k
以及其对应的光学传递函数OTF
k
，k＝1...N，其中F1＞F
N
。3.根据权利要求2所述的基于可变光圈编码成像系统，其特征在于，光学传递函数OTF
k
的生成公式为：的生成公式为：的生成公式为：其中，pixelsize表示的是探测器的像元尺寸，λ表示的是入射光波长，F1表示当前成像系统光学分辨率与探测器像元尺寸pixelsize匹配时的光圈数，记为截止光圈数，F
N
表示当前成像系统有效通光孔径最大时的光圈数；运算符表示将矩阵a和矩阵b进行二维卷积操作，运算符conj{
·
}表示对矩阵{
·
}进行共轭操作，运算符max{
·
}表示取矩阵{
·
}元素中的最大值。4.根据权利要求2所述的基于可变光圈编码成像系统，其特征在于，图像处理模块对编码图像进行处理，获得高分辨图像的具体方法为：A.将所有实拍低分辨率图像与选取的基准图像image
standard
进行曝光补偿，求得增益系数矩阵gain
k
，获得曝光补偿后实拍低分辨率图像B.对曝光补偿后的光圈值为F
N
的实拍低分辨率图像进行上采样得到高分辨率物体object
ini
作为迭代的初始值，对初始值做傅里叶变换，得到初始高分辨率物体频谱Object
ini
；C.在第iter次迭代中，选取光圈数F
k
对应的光学传递函数OTF
k
来截取高分辨率物体频谱Object
iter,k
信息，得到估计的高分辨率图像频谱对高分辨率图像频谱做傅里叶逆变换并进行降采样后，得到估计的低分辨率图像D.将估计的低分辨率图像与曝光补偿后实拍低分辨率图像相
除，获得低分辨率的强度系数矩阵对低分辨率的强度系数矩阵进行上采样，得到的高分辨率的强度系数矩阵Matrix
k
，用于更新估计的高分辨率图像的光强分布得到更新的高分辨率图像E.将更新的高分辨率图像频谱与估计的高分辨率图像频谱相减得到频域增量ΔImage
iter,k
，并对增量进行维纳滤波得到更新的高分辨率物体频谱F.计算更新后的高分辨率物体光强分布与曝光补偿后的低分辨率图像的代价函数ε
k
；G.令k＝k+1，并重复步骤C
‑
F，直到N个曝光补偿后实拍低分辨率图像都遍历一遍，并将N个代价函数ε
k
求和平均得到平均代价函数ε；H.令iter＝iter+1，重复步骤C
‑
G，直到平均代价函数ε小于误差阈值T。5.根据权利要求4所述的基于可变光圈编码成像系统，其特征在于，曝光补偿后实拍低分辨率图像具体为：6....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钱，梁坤瑶，左超，王博文，李晟，桑英俊，张许，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：