CN111664944A - 一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学超分辨技术领域，具体公开了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统，包括红外成像系统、数字信号处理模块、位移模块以及图像算法处理器，所述红外成像系统由红外光学系统以及红外焦平台阵列组成，所述红外焦平台阵列与图像算法处理器相互连接；所述数字信号处理模块连接有陀螺仪，所述陀螺仪与红外成像系统相互连接；所述位移模块由二维压电微扫描平台与控制器组成，所述二维压电微扫描平台与红外焦平台阵列相互连接，控制器与数字信号处理模块相互连接；所述图像算法处理器、数字信号处理模块与后接设备相互连接；高度集成红外图像非均匀校正、稳像、以及图像超分辨功能，大幅度减小了系统尺寸，降低了系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及光学超分辨技术领域，具体为一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统。
背景技术
目前，红外焦平面探测器的非均匀校正方法有很多，有基于参考源的定标类校正算法和基于场景的自适应校正算法。前者算法相对简单，容易在硬件中实现，但是定标过程需要用黑体遮挡探测器，暂时停止正常工作，这种方法无法实现实时校正。而目前传统的基于场景的自适应校正，采用计算多帧图像来获得非均匀校正参数，算法复杂度相对较高，往往容易受到硬件和系统的制约，往往无法达到实时处理的要求。
受工艺及应用的限制，目前红外焦平面探测器的像素数无法做到很高，因此高分辨率红外焦平面阵列往往非常昂贵，因此，对红外图像进行图像超分辨以提升系统的探测能力是很有必要的，尤其是对于红外告警系统的点目标探测等应用。
稳像技术用于补偿了由外界扰动引起的图像抖动，从而可以大幅度提供稳定的图像，减少运动模糊，充分保证了系统的成像质量，有利于人眼观感舒适，同时大幅度简化了后续处理的工作量，如检测、跟踪和压缩。
但目前，能够同时实现非均匀校正、稳像、图像超分辨功能的系统还不常见，尤其是同时满足结构紧凑、体积小、重量轻，控制简单的系统，还没有出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统，包括红外成像系统、图像算法处理器、数字信号处理模块以及位移模块；
所述红外成像系统由红外光学系统以及红外焦平台阵列组成，所述红外焦平台阵列与图像算法处理器相互连接；被测目标经红外光学系统成像在红外焦平台阵列的探测器上，探测器对接收的入射光进行光电转换并将采集图像发送给图像算法处理器；
所述数字信号处理模块包括陀螺仪和数字信号处理电路，所述陀螺仪与红外成像系统相互连接；所述陀螺仪实时反馈红外成像系统的方向和加速度给数字信号处理电路，数字信号处理电路对陀螺仪数据进行处理整合，并结合预定的工作模式，生成位移控制命令；
所述位移模块由二维压电微扫描平台与控制器组成，所述二维压电微扫描平台与红外焦平台阵列相互连接，控制器与数字信号处理模块相互连接；控制器接收到位移控制命令并结合自身内部传感器反馈信号，对两者进行修正后驱动二维压电微扫描平台工作，内部传感器实时反馈平台状态到数字信号处理电路；
所述图像算法处理器、数字信号处理模块与后接设备相互连接，所述图像算法处理器根据设定的程序对图像进行非均匀校正、图像超分辨处理。
优选的，本发明还提供了所述的所述二维压电微扫描平台带动红外焦平台阵列实现亚像素位移、整像素位移。
优选的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的非均匀校正方法，包括如下步骤：
S1：接收到数字信号处理模块控制系统指令，执行非均匀校正；
S2：获取具有整像素位移的低分辨红外图像序列；
S3：执行探测器增益校正，将结果应用于偏置校正；
S4：执行探测器偏置校正，将结果应用于整幅图像；
S5：更新增益、偏置数据；
S6：低分辨红外图像插值；
S7：插值图像输出。
优选的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的图像超分辨方法，包括如下步骤，
S1：接收到数字信号处理模块控制系统指令，执行图像超分辨；
S2：获取低分辨红外图像序列；
S3：图像配准，将配准结果应用于图像重建；
S4：图像重建；
S5：超分图像输出。
优选的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的稳像方法，包括如下步骤，
S1：陀螺仪采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S2：数字信号处理电路对陀螺仪数据进行处理，生成位移控制命令，发送给位移模块；
S3：位移模块接收位移控制命令，进行光轴的位移补偿；
S4：红外焦平台阵列开始图像采集，重复执行S1~S4，以保证在红外焦平台阵列的积分时间内图像稳定；
S5：红外焦平台阵列采集到的图像输出给图像算法处理器；
S6：经图像算法处理器处理后输出给后接设备；
S7：重复S1~S6步骤，直到上位机指令改变。
优选的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、非均匀校正方法，包括如下步骤，
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的非均匀校正指令，并生成非均匀校正所需的整像素位移；
S2：陀螺仪采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路对陀螺仪数据进行处理，计算需要补偿的位移量；
S4：数字信号处理电路将需要补偿的位移量与整像素位移量叠加生成位移控制命令，发送给位移模块；
S5：位移模块接收位移控制命令，位移模块运动到指定位置；
S6：红外焦平台阵列开始图像采集，重复执行S1~S5，以保证在红外焦平台阵列的积分时间内图像稳定；
S7：红外焦平台阵列采集到的图像输出给图像算法处理器；
S8：经图像算法处理器处理后输出给后接设备；
S9：重复S2~S8步骤，直到上位机指令改变。
优选的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、图像超分辨的方法，包括如下步骤
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的图像超分辨指令，并生成图像超分辨所需的亚像素位移；
S2：陀螺仪采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路对陀螺仪数据进行处理，计算需要补偿的位移量；
S4：数字信号处理电路将当前模式位移量与补偿位移量叠加生成位移控制命令，发送给位移模块；
S5：位移模块接收位移控制命令，位移模块运动到指定的亚像素位移；
S6：红外焦平台阵列开始图像采集，重复执行S2~S6，以保证在红外焦平台阵列的积分时间内图像稳定；
S7：红外焦平台阵列采集到的图像输出给图像算法处理器；
S8：图像算法处理器执行图像超分辨流程并输出给后接设备；
S9：重复S2~S8步骤，直到上位机指令改变。
优选的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、非均匀校正、图像超分辨方法，包括如下步骤，
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的同时实现稳像、非均匀校正、图像超分辨指令，并根据设定生成非均匀校正和图像超分辨的指令时序；
S2：如果是非均匀校正指令，执行同时实现稳像、非均匀校正步骤；如果是图像超分辨指令，执行同时实现稳像、图像超分辨步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明同时实现稳像、基于场景的非均匀性校正和实时图像超分辨；二维压电微扫描平台能够精确地控制平台位移量，配合高精度陀螺仪，实现实时补偿由外界扰动引起的图像抖动，从而可以大幅度提高图像的稳定，并且大幅度减少了运动引起的图像模糊，充分保证了光学系统的成像质量，有利于人眼观感舒适，稳定的图像大大简化了后续图像算法处理的工作量，如检测、跟踪和压缩；高精度可控位移模块的加入，使得原先需要复杂求解的位移转变成已知量，大幅度减少了基于场景的非均匀校正算法的复杂性，大大加速了算法的运行速度，减少了算法的运行时间；同时，也大大降低图像超分辨部分的配准迭代次数及运行时间，降低了系统实时处理的难度；对比传统的红外成像系统，成功的将3种必不可少的功能结合在一起，大幅度减小了系统尺寸、系统重量、系统功耗，降低了系统成本，同时也扩展的红外成像系统的应用领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中标号：1、红外光学系统；2、红外焦平台阵列；3、二维压电微扫描平台；4、控制器；5、陀螺仪；6、图像算法处理器；7、数字信号处理模块；8、后接设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统，包括红外成像系统、图像算法处理器6、数字信号处理模块7以及位移模块；
所述红外成像系统由红外光学系统1以及红外焦平台阵列2组成，所述红外焦平台阵列2与图像算法处理器6相互连接；被测目标经红外光学系统1成像在红外焦平台阵列2的探测器上，探测器对接收的入射光进行光电转换并将采集图像发送给图像算法处理器6；
所述数字信号处理模块7包括陀螺仪5和数字信号处理电路，所述陀螺仪5与红外成像系统相互连接；所述陀螺仪5实时反馈红外成像系统的方向和加速度给数字信号处理电路，数字信号处理电路对陀螺仪5数据进行处理整合，并结合预定的工作模式，生成位移控制命令；
所述位移模块由二维压电微扫描平台3与控制器4组成，所述二维压电微扫描平台3与红外焦平台阵列2相互连接，控制器4与数字信号处理模块7相互连接；控制器4接收到位移控制命令并结合自身内部传感器反馈信号，对两者进行修正后驱动二维压电微扫描平台3工作，内部传感器实时反馈平台状态到数字信号处理电路；
所述图像算法处理器6、数字信号处理模块7与后接设备8相互连接，所述图像算法处理器6根据设定的程序对图像进行非均匀校正、图像超分辨处理。
进一步的，所述的所述二维压电微扫描平台3带动红外焦平台阵列2实现亚像素位移、整像素位移。
进一步的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的非均匀校正方法，包括如下步骤：
S1：接收到数字信号处理模块控制系统指令，执行非均匀校正；
S2：获取具有整像素位移的低分辨红外图像序列；
S3：执行探测器增益校正，将结果应用于偏置校正；
S4：执行探测器偏置校正，将结果应用于整幅图像；
S5：更新增益、偏置数据；
S6：低分辨红外图像插值；
S7：插值图像输出。
进一步的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的图像超分辨方法，包括如下步骤，
S1：接收到数字信号处理模块7控制系统指令，执行图像超分辨；
S2：获取低分辨红外图像序列；
S3：图像配准，将配准结果应用于图像重建；
S4：图像重建；
S5：超分图像输出。
进一步的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的稳像方法，包括如下步骤，
S1：陀螺仪5采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S2：数字信号处理电路对陀螺仪5数据进行处理，生成位移控制命令，发送给位移模块；
S3：位移模块接收位移控制命令，进行光轴的位移补偿；
S4：红外焦平台阵列2开始图像采集，重复执行S1~S4，以保证在红外焦平台阵列2的积分时间内图像稳定；
S5：红外焦平台阵列2采集到的图像输出给图像算法处理器6；
S6：经图像算法处理器6处理后输出给后接设备8；
S7：重复S1~S6步骤。
进一步的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、非均匀校正方法，包括如下步骤，
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的非均匀校正指令，并生成非均匀校正所需的整像素位移；
S2：陀螺仪5采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路对陀螺仪5数据进行处理，计算需要补偿的位移量；
S4：数字信号处理电路将需要补偿的位移量与整像素位移量叠加生成位移控制命令，发送给位移模块；
S5：位移模块接收位移控制命令，位移模块运动到指定位置；
S6：红外焦平台阵列2开始图像采集，重复执行S1~S5，以保证在红外焦平台阵列2的积分时间内图像稳定；
S7：红外焦平台阵列2采集到的图像输出给图像算法处理器6；
S8：经图像算法处理器6处理后输出给后接设备8；
S9：重复S2~S8步骤，直到上位机指令改变。
进一步的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、图像超分辨的方法，包括如下步骤
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的图像超分辨指令，并生成图像超分辨所需的亚像素位移；
S2：陀螺仪5采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路对陀螺仪5数据进行处理，计算需要补偿的位移量；
S4：数字信号处理电路将当前模式位移量与补偿位移量叠加生成位移控制命令，发送给位移模块；
S5：位移模块接收位移控制命令，位移模块运动到指定的亚像素位移；
S6：红外焦平台阵列2开始图像采集，重复执行S2~S6，以保证在红外焦平台阵列2的积分时间内图像稳定；
S7：红外焦平台阵列2采集到的图像输出给图像算法处理器6；
S8：图像算法处理器6执行图像超分辨流程并输出给后接设备8；
S9：重复S2~S8步骤，直到上位机指令改变。
进一步的，本发明还提供了一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、非均匀校正、图像超分辨方法，包括如下步骤，
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的同时实现稳像、非均匀校正、图像超分辨指令，并根据设定生成非均匀校正和图像超分辨的指令时序；
S2：如果是非均匀校正指令，执行同时实现稳像、非均匀校正步骤；如果是图像超分辨指令，执行同时实现稳像、图像超分辨步骤。
工作原理：红外焦平面阵列2与二维压电微扫描平台3固连，使得通过红外光学系统1进入到红外焦平面阵列2的光束可以实现可控位移，从而获得具有整像素/亚像素位移的图像序列。
红外焦平面阵列2将采集到的原始图像数据传入图像算法处理器6，图像算法处理器6进行非均匀性校正和图像超分辨，并将处理后的图像数据输出到后接设备8。
陀螺仪5与红外成像系统1固连，实时将系统方向和加速度数据反馈给数字信号处理模块7，数字信号处理模块7整合预定的工作模式对陀螺仪5数据进行处理整合，并将位移命令发送给控制器4，控制器4接收到控制命令后驱动二维压电微扫描平台3工作，同时实时反馈平台状态数字信号处理模块7。
数字信号处理模块7可以设定相关的工作模式，定义非均匀校正与微扫描模式的时间间隔，并周期输出工作模式信号给图像算法处理器6，图像算法处理器6根据给定的工作模式执行对应的操作。
通过算法处理保证了图像输出尺寸的一致性，通过系统能够实现稳像、稳像+非均匀校正、稳像+非均匀校正+图像超分辨等多种工作模式，成功的将3种必不可少的功能结合在一起，大幅度减小了系统尺寸、系统重量、系统功耗，降低了系统成本，同时也扩展的红外成像系统的应用领域。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统，其特征在于：包括红外成像系统、图像算法处理器（6）、数字信号处理模块（7）以及位移模块；
所述红外成像系统由红外光学系统（1）以及红外焦平台阵列（2）组成，所述红外焦平台阵列（2）与图像算法处理器（6）相互连接；被测目标经红外光学系统（1）成像在红外焦平台阵列（2）的探测器上，探测器对接收的入射光进行光电转换并将采集图像发送给图像算法处理器（6）；
所述数字信号处理模块（7）包括陀螺仪（5）和数字信号处理电路，所述陀螺仪（5）与红外成像系统相互连接；所述陀螺仪（5）实时反馈红外成像系统的方向和加速度给数字信号处理电路，数字信号处理电路对陀螺仪（5）数据进行处理整合，并结合预定的工作模式，生成位移控制命令；
所述位移模块由二维压电微扫描平台（3）与控制器（4）组成，所述二维压电微扫描平台（3）与红外焦平台阵列（2）相互连接，控制器（4）与数字信号处理模块（7）相互连接；控制器（4）接收到位移控制命令并结合自身内部传感器反馈信号，对两者进行修正后驱动二维压电微扫描平台（3）工作，内部传感器实时反馈平台状态到数字信号处理电路；
所述图像算法处理器（6）、数字信号处理模块（7）与后接设备（8）相互连接，所述图像算法处理器（6）根据设定的程序对图像进行非均匀校正、图像超分辨处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统，其特征在于：所述二维压电微扫描平台（3）带动红外焦平台阵列（2）实现亚像素位移、整像素位移。
3.根据权利要求1~2任一所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的非均匀校正方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：接收到数字信号处理模块控制系统指令，执行非均匀校正；
S2：获取具有整像素位移的低分辨红外图像序列；
S3：执行探测器增益校正，将结果应用于偏置校正；
S4：执行探测器偏置校正，将结果应用于整幅图像；
S5：更新增益、偏置数据；
S6：低分辨红外图像插值；
S7：插值图像输出。
4.根据权利要求1~2任一所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的图像超分辨方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：接收到数字信号处理模块（7）控制系统指令，执行图像超分辨；
S2：获取低分辨红外图像序列；
S3：图像配准，将配准结果应用于图像重建；
S4：图像重建；
S5：超分图像输出。
5.根据权利要求1~2任一所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的稳像方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：陀螺仪（5）采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S2：数字信号处理电路对陀螺仪（5）数据进行处理，生成位移控制命令，发送给位移模块；
S3：位移模块接收位移控制命令，进行光轴的位移补偿；
S4：红外焦平台阵列（2）开始图像采集，重复执行S1~S4，以保证在红外焦平台阵列（2）的积分时间内图像稳定；
S5：红外焦平台阵列（2）采集到的图像输出给图像算法处理器（6）；
S6：经图像算法处理器（6）处理后输出给后接设备（8）；
S7：重复S1~S6步骤，直到上位机指令改变。
6.根据权利要求1~2任一所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、非均匀校正方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的非均匀校正指令，并生成非均匀校正所需的整像素位移；
S2：陀螺仪（5）采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路对陀螺仪（5）数据进行处理，计算需要补偿的位移量；
S4：数字信号处理电路将需要补偿的位移量与整像素位移量叠加生成位移控制命令，发送给位移模块；
S5：位移模块接收位移控制命令，位移模块运动到指定位置；
S6：红外焦平台阵列（2）开始图像采集，重复执行S1~S5，以保证在红外焦平台阵列（2）的积分时间内图像稳定；
S7：红外焦平台阵列（2）采集到的图像输出给图像算法处理器（6）；
S8：经图像算法处理器（6）处理后输出给后接设备（8）；
S9：重复S2~S8步骤，直到上位机指令改变。
7.根据权利要求1~2任一所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、图像超分辨的方法，其特征在于：包括如下步骤
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的图像超分辨指令，并生成图像超分辨所需的亚像素位移；
S2：陀螺仪（5）采集到红外成像系统的运动方向和角度，发送给数字信号处理电路；
S3：数字信号处理电路对陀螺仪（5）数据进行处理，计算需要补偿的位移量；
S4：数字信号处理电路将当前模式位移量与补偿位移量叠加生成位移控制命令，发送给位移模块；
S5：位移模块接收位移控制命令，位移模块运动到指定的亚像素位移；
S6：红外焦平台阵列（2）开始图像采集，重复执行S2~S6，以保证在红外焦平台阵列（2）的积分时间内图像稳定；
S7：红外焦平台阵列（2）采集到的图像输出给图像算法处理器（6）；
S8：图像算法处理器（6）执行图像超分辨流程并输出给后接设备（8）；
S9：重复S2~S8步骤，直到上位机指令改变。
8.根据权利要求1~2任一所述的一种基于微扫描平台的稳像、非均匀校正及超分辨系统的同时实现稳像、非均匀校正、图像超分辨方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：数字信号处理电路接收到来自上位机的同时实现稳像、非均匀校正、图像超分辨指令，并根据设定生成非均匀校正和图像超分辨的指令时序；
S2：如果是非均匀校正指令，执行同时实现稳像、非均匀校正步骤；如果是图像超分辨指令，执行同时实现稳像、图像超分辨步骤。
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