一種利用多通道成像提高光電探測器采樣分辨率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復眼系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用復眼系統(tǒng)成像特性突破光電探測器采樣分辨率的限制得到高空間采樣密度圖像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光電探測器是光學成像系統(tǒng)的一個重要組成部分，在光學系統(tǒng)參數(shù)一定的情況下，其靶面大小決定了成像視場，其像元尺寸的大小是影響成像系統(tǒng)分辨率的一個重要因素，而且光電探測器對目標物的采樣滿足奈奎斯特采樣定理。
[0003]在傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)中，整個成像系統(tǒng)的空間分辨率受制于光電探測器的采樣分辨率(即像元大小)和光學系統(tǒng)分辨率。在現(xiàn)有光學設(shè)計的水平下，光學系統(tǒng)的分辨率往往不是限制整個成像系統(tǒng)分辨率的主要因素。因此，提高光電探測器的采樣分辨率成為提高成像系統(tǒng)空間分辨率的重要技術(shù)途徑。傳統(tǒng)觀念來看，提高光電探測器的采樣分辨率意味著減小光電探測器像元尺寸。減小光電探測器像元尺寸能抑制光電探測器欠采樣導致的混疊模糊，進一步挖掘光學系統(tǒng)潛力。但在現(xiàn)有材料和工藝水平下，光電探測器像元尺寸幾乎已經(jīng)達到極限(幾個微米)，在當前技術(shù)水平下若仍要減小光電探測器像元尺寸，散粒噪聲將會大大增加。此外，減小探測器像元尺寸、增加探測像元密度，雖然可以提高圖像分辨率，但同時會導致每個像元獲得的光子量減少，從而降低圖像信噪比，導致圖像質(zhì)量下降，因此像元尺寸不可能無限地減小。
[0004]為解決上述問題，可以利用復眼系統(tǒng)的成像特性，獲得觀察目標的多通道圖像，根據(jù)各個通道圖像的亞像素偏移量采用相關(guān)圖像處理方法，將各個通道采集到的圖像信息進行融合處理，得到空間采樣密度和有效分辨率高于光電探測器采樣分辨率的最終圖像。因而，可以在不減小像元尺寸的條件下，提高光電探測器的空間采樣密度和有效分辨率，突破光電探測器采樣需滿足奈奎斯特采樣定理的限制。
[0005]本發(fā)明涉及的方法克服了光電探測器像元尺寸大小與采樣分辨率之間的矛盾，在保持光電探測器像元尺寸不變的條件下，利用復眼系統(tǒng)的成像特性和相關(guān)圖像處理方法提高光電探測器的采樣分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:在傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)中，提高光電探測器的采樣分辨率(減小像元尺寸)是提高成像系統(tǒng)空間分辨率的重要技術(shù)途徑。但在現(xiàn)有材料和工藝水平下，光電探測器像元尺寸幾乎已經(jīng)達到極限(幾個微米)，并且減小光電探測器像元尺寸、增加探測像元密度，雖然可以提高圖像分辨率，但同時會導致每個像元獲得的光子量減少，從而降低圖像信噪比，導致圖像質(zhì)量下降，因此像元尺寸不可能無限地減小。利用復眼系統(tǒng)的成像特性和相關(guān)圖像處理方法可以在不減小像元尺寸的條件下，提高光電探測器的采樣分辨率。
[0007]本發(fā)明要解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種利用多通道成像提高光電探測器采樣分辨率的方法，使用復眼系統(tǒng)對目標物進行多通道成像，根據(jù)各個通道圖像的亞像素偏移量采用相關(guān)圖像處理方法，將各個通道采集到的圖像信息進行融合處理，得到空間采樣密度和有效分辨率高于光電探測器采樣分辨率的最終圖像，該方法在不減少光電探測器像元尺寸的條件下，提高光電探測器采樣分辨率，包括以下步驟:
[0008](I)使用預先設(shè)計的復眼系統(tǒng)對目標物成像，得到多通道圖像，同時使得各個通道圖像存在亞像素偏移；
[0009](2)根據(jù)各個通道圖像之間的亞像素偏移量采用相關(guān)圖像處理方法進行融合處理，得到空間采樣密度和有效分辨率高于各個通道圖像的最終圖像。
[0010]其中，所述步驟⑴中所述復眼系統(tǒng)包括平面復眼系統(tǒng)和曲面復眼系統(tǒng)。
[0011]其中，所述步驟(I)中預先設(shè)計的復眼系統(tǒng)是指所使用的復眼系統(tǒng)必須滿足特定的成像要求，即復眼系統(tǒng)各通道圖像對同一目標物而言存在亞像素偏移。
[0012]其中，所述步驟(2)復眼系統(tǒng)各通道圖像存在亞像素偏移是指各通道兩兩之間對同一目標物所成圖像相對圖像中心的位置偏離量之差是像元大小的非整數(shù)倍，可以小于一倍像元大小，也可以是整數(shù)倍像元大小加上小于一倍像元大小。
[0013]其中，所述步驟⑵中所述各個通道兩兩之間對同一目標物所成圖像相對圖像中心的位置偏離量之差可以相等，也可以不相等。
[0014]其中，所述步驟⑴中所述的根據(jù)各個通道圖像之間的亞像素偏移量采用圖像處理方法進行融合處理是指根據(jù)各通道對同一目標物的成像偏移量對各個通道圖像像素進行重排融合成一幅圖像，從而突破復眼系統(tǒng)中所用光電探測器采樣分辨率的限制，得到空間采樣密度和有效分辨率高于各個通道圖像的最終圖像。
[0015]本發(fā)明的原理是:一種利用多通道成像提高光電探測器采樣分辨率的方法，利用復眼系統(tǒng)的成像特性，可獲得觀察目標的多通道圖像，根據(jù)各個通道圖像的亞像素偏移量采用相關(guān)圖像處理方法，將各個通道采集到的圖像信息進行融合處理，得到空間采樣密度和有效分辨率高于光電探測器采樣分辨率的最終圖像。
[0016]本發(fā)明有如下優(yōu)點:本發(fā)明所涉及的方法利用復眼系統(tǒng)的成像特性和相關(guān)圖像處理方法提高光電探測器的采樣分辨率，可以在不減小像元尺寸的條件下，提高光電探測器的空間采樣密度和有效分辨率，突破光電探測器采樣需滿足奈奎斯特采樣定理的限制。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的基本流程圖。
[0018]圖2A和圖2B為理想目標函數(shù)，周期P = 0.0lmm的正弦函數(shù)圖像及其細節(jié)放大圖。圖2A所示為周期P = 0.0lmm(像空間頻率1001p/mm)的正弦函數(shù)，坐標范圍為(-0.15mm?0.15mm)，圖2B為其在(_15μπι?15 μm)范圍的局部展開圖。
[0019]圖3A至圖3J為5個通道對理想目標函數(shù)的采樣及相應的細節(jié)放大圖像，圖3A為通道I對理想目標函采樣所得圖像，坐標范圍為(-0.15mm?0.15mm)，圖3B為其在(_15μπι?15μπι)范圍的局部展開圖；圖3C為通道2對理想目標函采樣所得圖像，坐標范圍為(-0.15mm?0.15mm)，圖3D為其在(_15μπι?15 μm)范圍的局部展開圖；圖3E為通道3對理想目標函采樣所得圖像，坐標范圍為(-0.15mm?0.15mm)，圖3F為其在(_15μπι?15μπι)范圍的局部展開圖；圖36為通道4對理想目標函采樣所得圖像，坐標范圍為(-0.15mm?0.15mm)，圖3H為其在(_15μπι?15 μm)范圍的局部展開圖；圖31為通道5對理想目標函采樣所得圖像，坐標范圍為(-0.15mm?0.15mm)，圖3J為其在(_15μπι?15 μπι)范圍的局部展開圖