CN109981966B - 一种超分辨率成像相机及其成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超分辨率成像相机及其成像方法，该相机包括镜头和电源模块，还包括：微动扫描镜，连接所述镜头，用于对地物目标的重叠采样；微动扫描驱动控制电路，连接所述微动扫描镜和电源模块；面阵探测器，连接所述微动扫描镜；信号处理模块，连接所述面阵探测器和电源模块；数据传输接口，连接所述信号处理模块。与现有技术相比，本发明采用微动扫描镜摆扫成像，使相机实现对目标的重叠采样，同时利用多次不同位置处序列图像进行融合得到的高分辨率的图像是实际相机的成像图像，所获得图像MTF不会降低，消除了由常规的超分辨率算法得到的超分辨图像的细节的损失，因此图像更清晰，并且低频和高频细节无损失。

Description

一种超分辨率成像相机及其成像方法

技术领域

本发明涉及图像获取及图像处理技术领域，尤其是涉及一种超分辨率成像相机及其成像方法。

背景技术

如果能够提供高分辨的图像，机场FOD识别的性能就会大大提高。自从上世纪七十年代以来，电荷耦合器件(CCD)、CMOS图像传感器已被广泛用来获取数字图像。尽管对于大多数的图像应用来说这些传感器是合适的，但是当前的分辨率水平和消费价格不能满足今后的需求，例如，在机场异物识别中，寻找一种增强当前分辨率水平的方法是非常必须的。增加空间分辨率最直接的解决方法就是通过传感器制造技术减少像素尺寸(例如增加每单元面积的像素数量)。然而，随着像素尺寸的减少，光通量也随之减少，它所产生的散粒噪声使得图像质量严重恶化。不受散粒噪声的影响而减少像素的尺寸有一个极限，在许多高分辨率图像的商业应用领域，高精度光学和图像传感器的高价格也是一个必须考虑的重要因素。因此，有必要采用一种新的方法来增加空间分辨率，从而克服传感器和光学制造技术的限制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超分辨率成像相机及其成像方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超分辨率成像相机，包括镜头和电源模块，还包括：

微动扫描镜，连接所述镜头，用于对地物目标的重叠采样；

微动扫描驱动控制电路，连接所述微动扫描镜和电源模块；

面阵探测器，连接所述微动扫描镜；

信号处理模块，连接所述面阵探测器和电源模块；

数据传输接口，连接所述信号处理模块。

优选的，所述微动扫描镜包括反射镜和连接所述反射镜的驱动机构。

优选的，所述镜头为定焦镜头。

优选的，所述面阵探测器为可见光探测器。

优选的，所述面阵探测器为红外探测器。

优选的，所述微动扫描镜的扫描范围在相机一个瞬时视场v内。

优选的，所述微动扫描镜的扫描瞬时稳定度取决于分辨率的放大倍数n，为v/(3×n)；所述微动扫描镜的扫描速度取决于相机成像的积分时间t，为n×t。

一种使用上述超分辨率成像相机的成像方法，包括：

相机处于对目标的凝视成像时，微动扫描镜摆扫成像，通过面阵探测器对目标进行重叠采样，得到不同位置的序列图像；通过信号处理模块处理时，将多次不同位置处的序列图像进行融合得到更高分辨率的图像。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过采用微动扫描镜摆扫成像，使相机实现对目标的重叠采样，同时利用多次不同位置处序列图像进行融合得到的高分辨率的图像是实际相机的成像图像，所获得图像调制传输函数(MTF)不会降低，消除了由常规的超分辨率算法得到的超分辨图像的细节的损失，因此图像更清晰，并且低频和高频细节无损失。

2、相机实现对目标进行重叠采样，相比摆镜扫描和相机整体扫描成像的方案，相机可做到体积更小，重量更轻，微动扫描镜精度更高，可获得更高分辨率的图像。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中标注：1、镜头，2、微动扫描镜，3、面阵探测器，4、信号处理模块，5、数据传输接口，6、微动扫描驱动控制电路，7、电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本申请提出了一种可应用于机场FOD检测的的超分辨率成像相机，该相机利用在后光路中插入微动扫描装置，通过面阵扫描的方式，实现对机场异物目标的重叠采样，同时利用超分辨率还原算法实现对机场异物的超高分辨率成像检测与识别，根据需求，分辨率可提高数倍至数十倍。

如图1所示，一种超分辨率成像相机，包括：镜头1，本实施例中，优选的为定焦镜头，用于远距离目标聚焦成像；电源模块7，用于给需要电的部件供电；微动扫描镜2，连接镜头1，包括反射镜和连接反射镜的驱动机构，用于对地物目标的重叠采样；微动扫描驱动控制电路6，连接微动扫描镜2和电源模块7；面阵探测器3，连接微动扫描镜2，用于将成像光信号转换为电信号；信号处理模块4，连接面阵探测器3和电源模块7，用于光电信号的获取与处理；数据传输接口5，连接信号处理模块4，通过网线将图像数据传输至便携式计算机，存储在便携式计算机硬盘上。

微动扫描驱动控制电路6主要由驱动信号发生器、功率放大器组成。微动扫描驱动控制电路6输出频率可调的功率信号通过电路接口驱动微动扫描镜2，控制微动扫描镜2的扫描角度，实现对地物目标的重叠采样，获取目标图像序列。

微动扫描镜2的扫描范围在相机一个瞬时视场v内；其扫描瞬时稳定度取决于分辨率的放大倍数n，为v/(3×n)；其扫描速度取决于相机成像的积分时间t，为n×t。

面阵探测器3可以是可见光探测器，也可以是红外探测器。

信号处理模块4由时钟模块、FPGA、SRAM存储器件及其外围相关电路组成，具体包括探测器驱动电路、光电信号调理电路、AD转换电路及数据传输接口电路，用于产生面阵探测器3各项电压及驱动信号，实现对面阵探测器3输出视频信号的模数转换和处理。

电源模块7由蓄电池组和多路稳压电路组成，为微动扫描驱动控制电路6和信号处理模块4提供所需的直流工作电压。

使用上述超分辨率成像相机的成像方法，具体包括：

根据拍摄场景的拍摄距离和视场范围，选择合适焦距的镜头1，根据所需的分辨率要求设置相机的积分时间及微动扫描镜2的摆扫速度和角度；相机处于对目标的凝视成像时，微动扫描镜2摆扫成像，通过面阵探测器3对目标进行重叠采样，得到不同位置的序列图像；通过信号处理模块4处理时，将多次不同位置处的序列图像进行融合得到更高分辨率的图像。

Claims (4)

1.一种超分辨率成像相机，包括镜头和电源模块，其特征在于，还包括：

微动扫描镜，连接所述镜头，用于对地物目标的重叠采样；

微动扫描驱动控制电路，连接所述微动扫描镜和电源模块；

面阵探测器，连接所述微动扫描镜；

信号处理模块，连接所述面阵探测器和电源模块；

数据传输接口，连接所述信号处理模块；

所述镜头为定焦镜头；

所述微动扫描镜的扫描范围在相机一个瞬时视场v内；所述微动扫描镜的扫描瞬时稳定度取决于分辨率的放大倍数n，为v/(3×n)；所述微动扫描镜的扫描速度取决于相机成像的积分时间t，为n×t；

所述微动扫描镜包括反射镜和连接所述反射镜的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的一种超分辨率成像相机，其特征在于，所述面阵探测器为可见光探测器。

3.根据权利要求1所述的一种超分辨率成像相机，其特征在于，所述面阵探测器为红外探测器。

4.一种使用权利要求1～3任一所述超分辨率成像相机的成像方法，其特征在于，包括：

相机处于对目标的凝视成像时，微动扫描镜摆扫成像，通过面阵探测器对目标进行重叠采样，得到不同位置的序列图像；通过信号处理模块处理时，将多次不同位置处的序列图像进行融合得到更高分辨率的图像。