一种合成孔径成像的仿真方法技术

本申请提出了一种合成孔径成像的算法，在不明显降低仿真效率的情况下，提高了光学传输过程仿真采样率，避免目标高频信息非受控丢失，在仿真过程中进行了光学传输采样率和CCD（或CMOS）采样率的区分，在特定步骤进行重采样（包括超采样以及降采样），在光学传输采样步骤时进行超采样，在CCD（或CMOS）采样步骤进行降采样，可实现通过超采样实现在光学传输过程高采样率的情况下，通过降采样，再进行特定CCD（或CMOS）采样率的傅里叶叠层成像仿真。（或CMOS）采样率的傅里叶叠层成像仿真。（或CMOS）采样率的傅里叶叠层成像仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种合成孔径成像的仿真方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体来说涉及一种合成孔径成像的仿真方法。

技术介绍

[0002]完备的仿真对实验具有指导性作用。在进行高倍数傅里叶叠层成像实验的仿真时，发现孔径边缘的低分辨率图像明显失真，最外围图像甚至已无信号，与理论图像、实验图像差异明显。研究后发现系光学传输过程中仿真采样率不足，目标高频信息非受控丢失所致。
[0003]现有技术中已经公开的傅里叶叠层成像拍摄过程仿真方案中(J.Holloway et al.,"Toward Long
‑
Distance Sub diffraction Imaging Using Coherent Camera Arrays,"in IEEE Transactions on Computational Imaging,vol.2,no.3,pp.251
‑
265,Sept.2016,doi:10.1109/TCI.2016.2557067.)为了简化流程，并未完全将物理模型与仿真参数对应，没有对光学传输过程的采样率与相机CCD(或CMOS)采样率进行区分。在仿真过程中，通常将输入的成像目标I(x,y)的分辨率等效为其光学传输过程及CCD(或CMOS)的采样率，在需仿真特定像元分辨率时，直接调整输入图像的分辨率。此方案降低了模型复杂度，在合成孔径较小时不易出现显著问题，但当合成孔径增大到一定程度后，将出现合成孔径边缘采集的图像严重失真甚至无信号的问题。
[0004]但在真实实验中，光学传输的采样率远高于CCD(或CMOS)的采样率，系统采样极限为CCD(或CMOS)的采样率，成像目标I(x,y)的有效高频信息不会在光学传输过程中受限于采样率而非受控丢失。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的问题，本申请提出了一种合成孔径成像的仿真方法，在不明显降低仿真效率的情况下，提高了光学传输过程仿真采样率，避免目标高频信息非受控丢失。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种合成孔径成像的仿真方法，包括如下步骤：
[0008]S1：预处理步骤：获得目标图像的复振幅分布；
[0009]S2：超采样步骤：对S1得到的复振幅分布进行超采样，所述超采样为在复振幅分布的基础上提升采样点的密度，得到超采样后的复振幅分布；
[0010]S3：低分辨图像生成：根据超采样后的复振幅分布计算得到目标图像所对应的低分辨图像序列；
[0011]S4：降采样步骤：对于S3得到的低分辨图像序列进行降采样，所述降采样为降低采样点的密度，降采样后可得到用于傅里叶叠层重建的低分辨率图像。
[0012]作为一种优选方案，所述S1包括如下步骤：
[0013]S11：输入目标图像I(x,y)；
[0014]S12：计算目标图像振幅E(x,y)，所述
[0015]S13：对目标图像添加相位分布得到复振幅分布E(x,y)，得到复振幅分布E(x,y)，
[0016]作为一种优选方案，所述步骤S2包括如下步骤：
[0017]S21：计算成像目标的频谱，Ψ0(τ
x
,τ
y
)＝F(E(x,y))
[0018]S22：计算成像目标频谱的尺寸l0，所述l0为成像目标频谱的矩阵阶数；
[0019]S23：对成像目标进行去噪后生成高分辨率图像，得到重建后的图像，计算重建后图像的尺寸l；
[0020]S24：比较l0和l的大小，若l0≤l，则对E(x,y)进行超采样后，对超采样后的成像目标频谱进行频谱后处理；若l0＞l，则对成像目标频谱Ψ0(τ
x
,τ
y
)进行频谱后处理，经过频谱后处理的频谱记为Ψ0'(
x
,τ
y
)。
[0021]优选的，步骤S22中，所述尺寸l0等于成像目标的分辨率。
[0022]优选的，步骤S23中，所述尺寸l＝0.9～1.1x，其中x为重建后图像的分辨率。
[0023]进一步的，所述l＝x。
[0024]优选的，步骤S24中，所述频谱后处理为对频谱的高频部分进行外围补零。
[0025]优选的，步骤S24中，当时，仿真方法停止，选择分辨率更高的成像目标再次从S1进行仿真。
[0026]作为一种优选方案，所述步骤S3还包括光瞳序列计算步骤，计算合成孔径的光瞳序列p
i
(τ
x
,τ
y
)。
[0027]优选的，所述步骤S3包括如下步骤：
[0028]S31：计算合成孔径的光瞳序列p
i
(τ
x
,τ
y
)；
[0029]S32：计算低分辨率图像序列频谱Ψ
i
(τ
x
,τ
y
)＝p
i
(τ
x
,τ
y
)
·
Ψ0'(τ
x
,τ
y
)；
[0030]S33：根据S32得到的低分辨率图像序列频谱，计算得到对应的低分辨率图像序列I
i
(x,y)。
[0031]优选的，所述步骤S3还包括如下步骤：
[0032]对S33得到的低分辨率图像序列I
i
(x,y)进行降采样，得到低分辨图像I
i
’
(x,y)。
[0033]作为一种优选方案，
[0034]所述仿真方法还包括重建步骤S5，
[0035]S5：对于步骤S4得到的低分辨率图像进行图像配准、图像去噪以及叠层恢复后，最终输出重建目标图像。
[0036]本技术方案的优点：本技术方案在仿真过程中进行了光学传输采样率和CCD(或CMOS)采样率的区分，在特定步骤进行重采样(包括超采样以及降采样)，在光学传输采样步骤时进行超采样，在CCD(或CMOS)采样步骤进行降采样，可实现通过超采样实现在光学传输过程高采样率的情况下，通过降采样，再进行特定CCD(或CMOS)采样率的傅里叶叠层成像仿真。
附图说明
[0037]图1为本申请提供的一个实施例中提供的孔径成像的仿真方法的流程图；
[0038]图2为本申请提供一个实施例中提供的经过重采样后的低分辨图像；
[0039]图3为本申请提供一个对比例中未经过重采样后的低分辨图像；
[0040]图4为本申请提供一个实施例中提供的经过图像重建后的高分辨率图像。
具体实施方式
[0041]下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成孔径成像的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：预处理步骤：获得目标图像的复振幅分布；S2：超采样步骤：对S1得到的复振幅分布进行超采样，得到超采样后的复振幅分布；S3：低分辨图像生成：根据超采样后的复振幅分布计算得到目标图像所对应的低分辨图像序列；S4：降采样步骤：对于S3得到的低分辨图像序列进行降采样，降采样后可得到用于傅里叶叠层重建的低分辨率图像。2.根据权利要求1所述的合成孔径成像的仿真方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：S11：输入目标图像I(x,y)；S12：计算目标图像振幅E(x,y)，所述S13：对目标图像添加相位分布得到复振幅分布E(x,y)，得到复振幅分布E(x,y)，3.根据权利要求1所述的合成孔径成像的仿真方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：S21：计算成像目标的频谱，Ψ0(τ
x
,τ
y
)＝F(E(x,y))；S22：计算成像目标频谱的尺寸l0，所述l0为成像目标频谱的矩阵阶数；S23：对成像目标进行重建去噪后生成高分辨率图像，得到重建后的图像，计算重建后图像的尺寸l；S24：比较l0和l的大小，若l0≤l，则对E(x,y)进行超采样后，对超采样后的成像目标频谱进行频谱后处理；若l0＞l，则对成像目标频谱Ψ0(τ
x
,τ
y
)直接进行频谱后处理，经过频谱后处理的频谱记为Ψ0'(τ
x
,τ
y
)。4.根据权利要求3所述的合成孔径成像的仿真方法，其特征在于：步骤S22中，所述尺寸l0等于成像目标的分辨率。5.根据权利要求3所述的合成孔径成像的仿真方法，其特征在于：步骤S23中，所述尺寸l＝0.9～1.1x，其中x为重建后图像的分辨率。6.根据权利要求5所述的合成孔径成像的仿真方法，其特征在于：l＝x。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，郭迎辉，张其，卢语然，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：