CN101344646A - 一种高分辨率图像成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分辨率图像成像方法，其利用特殊排列的光纤束实现线/面空间转换，由面阵探测器实现线阵探测器的探测功能，该发明中的计光纤束，其入端线阵非严格线阵排列，而是多层叠加的“品”字型排列，扫描成像时，当目标图像依次通过各层光纤时，分离面阵探测器接收的图像信息，得到多幅数字图像。本发明既充分利用了多幅数字图像包含的信息，又提高了目标图像的信噪比。

Description

一种高分辨率图像成像方法

技术领域：

本发明涉及一种高分辨率图像成像方法，特别涉及一种超高分辨率光电成像系统中异型传像光纤束耦合所得数字图像的积分处理方法。

背景技术：

超长线列探测器的设计、加工是超高分辨率红外成像系统的核心技术；视场角一定的条件下，线列探测器光敏元的数量直接决定了图像的空间分辨率：元数越多，图像分辨率越高，但长线列探测器加工难度高，受各种因素限制，其研究进展缓慢，目前仅有少数国家掌握：美国在轨使用的探测器达到6114元，法国Sofradir研制成功了性能优越3000元中波红外探测器，俄罗斯达到2000元数量级，我国6000元红外探测器还在实验阶段，其他国家远远落后这个水平。

超长红外线列加工难度大，但小规模面阵探测器如256×256、320×240等早有成熟产品，256×256面阵有65536个光敏元，若能将这65536个光敏元或者总数的十分之一巧妙利用，使其变成在某种意义上的线阵排列，则6000元探测器可得；对320×240面阵进行巧妙转换，可达到7000元探测器的探测效果。

近年来，传像光纤束的研究和应用有长足进展，在光谱仪器、医疗设备、导弹告警接收器等方面都有应用。北京玻璃研究院玻璃1999年研制了用As-S芯包光纤制作1-6μm波段应用的红外传像光纤束。利用光纤柔软的物理性质，设计一种特殊排列的传像光纤束，其入端为线列排列、出端为面阵排列。光纤束入端放在扫描成像系统的焦平面上，图像经过光纤束的耦合，采用性能可靠的小规模面阵器件在光纤束出端接收信息，这种利用特殊结构传像光纤束完成空间上的线/面变换，实现了超长线列红外探测器的探测功能。

在扫描成像时，通过设计扫描步进长度，目标图像依次通过多层光纤，分离面阵探测器上接收的图像信息，得到多幅数字图像，每幅图像都包含了目标物体的相关信息，但图像之间存在信息冗余。对多幅图像进行数字积分处理，得到信噪比高于单幅图像的目标图像。

发明内容：

本发明针对上述现有技术中对超高分辨率图像成像方法所存在的不足，而提供一种利用特殊排列的光纤束实现线/面空间转换，由面阵探测器实现线阵探测器的探测功能的成像方案。

为了达到上述目的，本发明提供的一种高分辨率图像成像方法，其主要包括以下步骤：

(1)利用该光纤束耦合图像信息，首先精确控制扫描成像系统步进长度，让目标图像依次通过各层光纤；

(2)用面阵探测器接收光纤束耦合的图像信息；

(3)从面阵探测器获取的图像信息中分离各层光纤耦合的图像信息，得到多幅数字图像；

(4)开辟新的存贮空间，导入前述多幅图像中的任一幅；

(5)遍历该幅图像，将前述多幅图像相同几何位置的像素灰度值按大小排序，取中值作为基准像素点；

(6)计算多幅图像中相同位置上像素的均值和均方差；

(7)计算基准点与其他像素点之间的相关系数；

(8)计算归一化相关系数；

(9)合成目标图像，得各像素的灰度值。

所述步骤(1)中扫描成像系统中的异型传像光纤束完成空间线/面的转换。

所述步骤(1)中光纤束入端线阵采用多层叠加的“品”字型排列。

根据上述技术方案得到的本发明充分利用多层光纤耦合的多幅数字图像信息，既能有效虑除图像噪声，又能充分利用多幅图像的数据信息，能够在保证图像清晰度的前提下提高了目标图像的信噪比。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中异型传像光纤束结构示意图。

图2为本发明中扫描成像步进图。

图3为本发明的流程图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明中利用光纤柔软的物理性质，设计一种特殊排列的传像光纤束，其入端线阵非严格线阵排列，而是多层叠加的“品”字型排列(如图1所示)。光纤束入端放在扫描成像系统的焦平面上，图像经过光纤束的耦合，采用性能可靠的小规模面阵器件在光纤束出端接收信息，这种利用特殊结构传像光纤束完成空间上的线/面变换，实现了超长线列红外探测器的探测功能。

扫描成像系统中的异型传像光纤束完成空间线/面的转换，由于光纤束入端设计成多层结构，通过控制扫描步进长度，让目标图像依次经过各层光纤，通过算法处理，分离面阵探测器接收的信息数据，得到多幅目标物体的数字图像。扫描成像时，在探测器上进行的模拟积分采取累加处理提高图像的信噪比，对于得到的多幅图像，采取类似处理会出现过饱和(灰度值大于255)现象。常用的简单平均处理具有算法简单、容易实现、硬件成本低等优点，但缺点也很明显，它牺牲了图像高频分量，使图像变得模糊；选择平均算法与简单平均相比，能保留图像的高频分量，能有效虑除脉冲噪声，但不能充分利用多幅图像的信息。本发明提出一种基于像素相关的处理方法，该方法利用光纤束耦合得到的多幅数字图像，既能有效虑除图像噪声，又能充分利用多幅图像的数据信息。

基于上述技术原理，本发明提供的一种成像流程如图3所示：

(1)利用该光纤束耦合图像信息时，首先精确控制扫描系统步进长度，让目标图像依次通过各层光纤，扫描过程如图2所示。

(2)用面阵探测器接收光纤束耦合的图像信息。

(3)从面阵探测器获取的图像信息中分离各层光纤耦合的图像信息，得到多幅数字图像。

(4)开辟新的存贮空间，导入前述多幅图像中的任一幅。

(5)遍历该幅图像，将前述多幅图像相同几何位置的像素灰度值按大小排序，取中值作为基准像素点，如下式所示：

d₁，d₂，...d_ref，d_ref+1，...，d_n    ①

(6)计算多幅图像中相同位置上像素的均值m和均方差σ²。

$m=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{d}_i}{n}$ ②

σ²＝E[d_i ²]-m²    ③

(7)计算基准点与其他像素点之间的相关系数ρ_τ。

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{\τ}}=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}[d\left(i\right)-d_{\mathrm{ref}}][d(i+\mathrm{\τ})-d_{\mathrm{ref}}]}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{[d\left(i\right)-m]}^2}$ ④

(8)计算归一化相关系数

${\mathrm{\α}}_i=\frac{{\mathrm{\ρ}}_i}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_j}$ ⑤

(9)合成目标图像，各像素的灰度值为：

$d=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_i\×d_i$ ⑥

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1、一种高分辨率图像成像方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：

(1)利用该光纤束耦合图像信息，首先精确控制扫描成像系统步进长度，让目标图像依次通过各层光纤；

(2)用面阵探测器接收光纤束耦合的图像信息；

(3)从面阵探测器获取的图像信息中分离各层光纤耦合的图像信息，得到多幅数字图像；

(4)开辟新的存贮空间，导入前述多幅图像中的任一幅；

(5)遍历该幅图像，将前述多幅图像相同几何位置的像素灰度值按大小排序，取中值作为基准像素点；

(6)计算多幅图像中相同位置上像素的均值和均方差；

(7)计算基准点与其他像素点之间的相关系数；

(8)计算归一化相关系数；

(9)合成目标图像，得各像素的灰度值。

2、根据权利要求1所述的一种高分辨率图像成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中扫描成像系统中的异型传像光纤束完成空间线/面的转换。

3、根据权利要求1所述的一种高分辨率图像成像方法，其特征在于，所述步骤(1)中光纤束入端线阵采用多层叠加的“品”字型排列。

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