CN115629482A - 一种傅里叶叠层成像系统 - Google Patents

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蒲明博
郭迎辉
卢语然
张其
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Abstract

本发明属于成像技术领域，具体涉及一种傅里叶叠层成像系统。本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统，包括照明子系统，用于对目标物进行照明，和成像子系统，用于在目标物的反射光路上采集目标物的图像，成像子系统可对目标物进行扫描拍摄以获取目标物的多张图像，其中，照明子系统包括用于发出照明光的光发射单元和沿着光发射单元的光路设置的光整形单元，光整形单元用于将光发射单元发出的照明光调制为发散光照射到目标物上。系统采用发散光进行主动照明，避免了照明范围受限于透镜口径的问题，同时对于绝大多数漫反射式主动成像场景仍满足夫琅禾费衍射条件，可通过傅里叶叠层技术实现超分辨成像。

Description

一种傅里叶叠层成像系统
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体涉及一种傅里叶叠层成像系统。
背景技术
传统成像系统受限于衍射极限而无法实现超分辨成像。而增加镜头口径以提升成像分辨率的方案，则会导致系统体积重量急剧增加，传统技术难以为继。
傅里叶叠层成像技术利用相位提取与合成孔径，可以利用有限口径的成像设备实现远大于镜头物理口径的成像分辨率，实现超分辨成像。
而在反射式傅里叶叠层超分辨成像中，人们往往认为受限于夫琅禾费衍射条件，需使用会聚透镜使得照明光束在物面反射后聚焦在镜头扫描平面内。那么在远场成像中，所需会聚透镜口径就可能为照明区域直径的两倍，对会聚透镜的口径提出了严苛要求，同时照明区域受到了限制。
针对反射式傅里叶叠层超分辨成像中存在的上述问题，有一些传统的解决方法，其中，有的采用一定口径的透镜对照明光束在发射端进行整形，以实现光束的会聚照明效果，但这种方案的照明范围有限。有的采用了抵近照明的方案，使得会聚透镜的尺寸可以仅略大于照明区域而无需为照明区域的两倍大小，但这种方案虽然对透镜尺寸的要求略微降低，但仅限于实验室内的成像，并不适用于实用场景。
发明内容
本申请实施例提供一种傅里叶叠层成像系统，不用使用会聚透镜对照明光束进行整形，从而降低了对透镜口径的要求，能够解决现有系统体积过大的技术问题。
本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统，包括
照明子系统，用于对目标物进行照明，和
成像子系统，用于在目标物的反射光路上采集目标物的图像，成像子系统可对目标物进行扫描拍摄以获取目标物的多张图像，
其中，
照明子系统包括用于发出照明光的光发射单元和沿着光发射单元的光路设置的光整形单元，光整形单元用于将光发射单元发出的照明光调制为发散光照射到目标物上。
根据本申请前述实施方式，光发射单元发出的照明光为相干光；优选的，光发射单元为激光器。
根据本申请前述任一实施方式，光整形单元包括用于对光发射单元发出的照明光进行扩束整形的第一整形元件。
根据本申请前述任一实施方式，光整形单元包括还包括用于对经过第一整形元件整形的照明光进行再次扩束整形的第二整形元件。
根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为透镜、透镜组或者扩束器。
根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为透镜或者透镜组或者空间光滤波器，第二整形元件为透镜或者透镜组。
根据本申请前述任一实施方式，第二整形元件与第一整形元件之间的距离可调。
根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为透镜或者透镜组。
根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为反射镜或者反射镜组，第二整形元件为反射镜或者反射镜组。
根据本申请前述任一实施方式，成像子系统包括用于拍摄目标物图像的相机，和
用于安装相机的安装台，安装台可带动相机在扫描平面内移动以采集不同视角的目标物的图像。
根据本申请前述任一实施方式，系统还包括控制器，用于获取相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像。
根据本申请前述任一实施方式，照明子系统和/或成像子系统距离目标物的距离大于1m。
本申请实施例的傅里叶叠层成像系统，采用发散光进行主动照明，避免了照明范围受限于透镜口径的问题，同时对于绝大多数漫反射式主动成像场景仍满足夫琅禾费衍射条件，可通过傅里叶叠层技术实现超分辨成像。
附图说明
图1是本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统的结构示意图。
图2a为原始图像，图2b是经过引导滤波和同态滤波降噪后的预处理图像；
图3a为原始图像序列，图3b是经过引导滤波和同态滤波降噪后的预处理图像序列；
图4a为直接利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图4b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果；
图5a为仅仅进行引导滤波后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图5b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果；
图6a是先经过同态滤波、后经过引导滤波后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图6b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果。
具体实施方式
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。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
请参阅图1，本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统100，包括照明子系统1和成像子系统2；照明子系统1用于对目标物3进行照明，照明子系统1发出的照明光照射到目标物3后，经过目标物3反射，形成反射光路；成像子系统2用于在目标物3的反射光路上采集目标物3的图像，成像子系统2可对目标物3进行扫描拍摄以获取目标物3的多张图像；其中，照明子系统1包括用于发出照明光的光发射单元11和沿着光发射单元11的光路设置的光整形单元12，光整形单元12用于将光发射单元11发出的照明光调制为发散光照射到目标物3上。
传统反射式傅里叶叠层成像系统的照明系统采用的是与透射式傅里叶叠层成像系统的照明系统相同的方案，即照明系统产生会聚光照射到目标物3。透射式傅里叶叠层成像系统受限于夫琅禾费衍射条件，需使用会聚透镜使得照明光束在物面反射后聚焦在镜头扫描平面内。在远场成像中，所需会聚透镜口径为照明区域直径的两倍，若需照明的区域直径为1米，所需的透镜2口径则至少为2米。与透射式傅里叶叠层成像系统类似，传统反射式傅里叶叠层成像系统对会聚透镜的口径提出严苛要求，同时照明区域受到了限制。若透镜的口径无法满足照明区域要求，则需将照明系统与成像系统分离，将其靠近目标物进行抵近照明，传统反射式傅里叶叠层成像系统对于远场成像而言应用场景十分有限。
本案发明人发现，在实际使用场景中，绝大多数的目标物3均为粗糙表面，照明光(例如激光)照射到目标物3表面上会发生漫反射。而对漫反射目标成像是无需像透射式傅里叶叠层成像系统一样使用会聚光照明的。对于有限孔径的成像镜头而言，当成像距离足够远时(大于10米)，小范围的照明角度改变(发散角或会聚角小于0.5rad)对进入镜头的光线无本质改变，仍能满足夫琅禾费衍射条件，无需像透射式傅里叶叠层成像系统一样严格采用会聚光照明目标物。因此，本案发明人创造性地提出了与传统反射式傅里叶叠层成像系统相反的思路，设计出本申请实施例的傅里叶叠层成像系统100，利用照明子系统1发出发散光照射到目标物3上，再利用成像子系统2对目标物3进行成像，本申请实施例的照明子系统1中的光发射单元11发出照明光后经过光整形单元12整形成发散光，而光整形单元12就无需采用2倍于目标物尺寸的口径的透镜，可以减小整个照明子系统1的体积和重量。
在一些实施例中，照明子系统和/或成像子系统距离目标物的距离大于1m。具体的照明子系统和/或成像子系统距离目标物的距离可以是8m～15m，或者更远的距离。成像子系统/照明子系统距离目标物的距离越大(通常大于1m)时，成像子系统所拍摄的目标物通常越大，若对目标物进行会聚式照明，则所需的透镜口径会开始显著增大；而本申请实施例采用发散式照明，对透镜的口径要求显著降低，系统体积和成本均得到相应降低。
在一些实施例中，光发射单元11发出的照明光为相干光，可以为完全相干光，也可以为部分相干光；优选的，光发射单元11为激光器。傅里叶叠层成像需恢复图像的相位，因此需要用相干光对图像进行照明。此外，部分相干光也可应用于傅里叶叠层成像。
在一些实施例中，光整形单元12包括用于对光发射单元11发出的照明光进行扩束整形的第一整形元件121。当光发射单元11本身出射的照明光的发散角足够大时，可以只对照明光进行一次扩束整形，经一次扩束整形后的照明光也能较好地覆盖目标物3的表面。具体的，第一整形元件121可以为透镜、透镜组或者扩束器等。其中，透镜可以是平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜等。透镜组可以由多个异形透镜组成。
在一些实施例中，光整形单元12包括还包括用于对经过第一整形元件121整形的照明光进行再次扩束整形的第二整形元件122。当光发射单元11本身出射的照明光的发散角不够大时，可以对照明光进行两次或者大于两次的扩束整形；同样的，用于进行第二次扩束整形的第二整形单元112可以为透镜、透镜组或者扩束器等。其中，透镜可以是平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜等。透镜组可以由多个异形透镜组成。
当对光发射单元11发出的照明光进行两次扩束整形时，第一整形元件121还可以为空间光滤波器，在实现初步扩束的功能时对光束进行低模滤波。当然，第一整形元件121也可以为透镜或者透镜组。激光器发出的激光不是完美的高斯光场或匀强光场，空间光滤波器可以将光束周围亮度不均匀的部分滤除。
在一些实施例中，为了提高光整形单元12的适应性，第二整形元件122与第一整形元件121之间的距离可调。使用中，通过调节第二整形元件122与第一整形元件121之间的距离，使得通过第二整形元件122的照明光能完全覆盖目标物靶面区域。
在一些实施例中，当成像所用照明光波段(激光波段)不适用于透镜时，第一整形元件121、第二整形元件122也可以采用反射镜或反射镜组，实现扩束效果。
在一些实施例中，成像子系统2包括相机21和安装台22；其中，相机21用于拍摄目标物3图像，安装台22用于安装相机21，安装台22可带动相机21在扫描平面内移动以采集不同视角的目标物3的图像。照明子系统1发出的照明光照射到目标物3后，经过目标物3反射，形成反射光路；扫描平面可以是垂直于该反射光路的平面。在安装台22的驱动下，相机21在扫描平面内做蛇形走位的扫描，以获取一系列低分辨率图像。
在一些实施例中，傅里叶叠层成像系统100还包括控制器(图中未示出)，控制器用于获取相机21拍摄的多张图像；基于获取的多张图像，控制器利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物3的图像。
本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统100，采用发散光进行主动照明，避免了照明范围受限于透镜口径的问题，能利用有限的扩束透镜口径实现足够大范围的主动照明。由于只需保证照明光场覆盖目标物(目标靶面)范围，无需调节透镜/透镜组使得照明光在靶面反射后会聚于相机镜头处，本方案在大幅降低透镜成本的同时降低了调节照明子系统的复杂程度(超远距离成像时更加显著)。同时在远场成像情形下，对于绝大多数漫反射式主动成像场景仍满足夫琅禾费衍射条件，实现超分辨成像。
本申请第二方面实施例提供一种图像降噪方法，包括如下步骤：
S1、获取多张预处理图像；预处理图像可以是经过一定前处理的图像，前处理可以是ROI提取处理，配准处理等；
S2、将多张预处理图像分为多组，每组包括多张预处理图像；分组方式可以有多种，例如，每组中包含的预处理图像的数量可以相同，也可以不同；优选的，每组中包含相同数量的预处理图像；所有预处理图像的排列顺序可以是摄像装置获取原始图像的顺序；
假设，将m*n(m行，n列)幅预处理图像分成了k*l组(k行，l列)，每一组里包含的预处理图像的数量为：
Figure BDA0003910703130000051
Figure BDA0003910703130000052
其中，floor(x)表示不超过x的整数。
S3、针对每组预处理图像，根据组内的所有预处理图像获取一张引导图，得到多张引导图，多张引导图与多组预处理图像一一对应；本步骤中，根据每组预处理图像可以计算出一张引导图；
S4、利用与各组预处理图像对应的引导图对组内的每张预处理图像进行引导滤波。
本申请第一方面实施例的图像降噪方法，分组对预处理图像进行引导滤波，分别计算各组预处理图像的引导图，通过引导图对各组预处理图像进行引导滤波处理，组与组之间没有数据依赖，可以多线程同时计算，节省算法的预处理时间。
在一些实施例中，步骤S3中的“根据组内的所有预处理图像获取一张引导图”，包括：
S31、对组内的所有预处理图像按像素坐标求取平均像素值，得到均值图像；假设每一张预处理图像包含M行像素点，每一行包括N个像素点，那么每一张预处理图像包含M*N个像素点，M、N表示预处理图像的像素维度；那么均值图像同样包含M*N个像素点，每个像素点的像素值等于对每张张预处理图上对应位置处的像素点的像素值求累加后再求平均；
S32、对均值图像进行灰度变换，得到与该组预处理图像对应的引导图；灰度变换可以是幂变换、对数变换或者伽马变换。优选的，采用伽马变换对均值图像进行灰度变换；那么第i行，第j列组预处理图像的引导图计算公式为
Figure BDA0003910703130000061
其中，x表示，y表示，gi,j(x,y)表示。
利用上述方法计算出来的引导图，具有较好的滤波效果，对于提升预处理图像的质量，该引导图能有效降低激光主动成像产生的散斑噪声和随机噪声，以及增强图像细节。
当然，计算引导图的方法还可以是其他方法，例如，将步骤P31中求取平局像素值替换为求取带权重的均值、求取中值等等。
在一些实施例中，步骤S4包括步骤：
S41、结合预处理图像和预处理图像所在组对应的引导图计算引导系数，每一张预处理图像对应一组引导系数，
S42、利用引导系数对对应的预处理图像的像素值进行线性变换，得到滤波后的预处理图像。对第i行、第j列组预处理图像中的每一幅预处理图像进行引导滤波的公式如下：
f′ki,lj(x,y)＝aki,lj*fki,lj(x,y)+bki,lj (4)
其中，aki,lj和aki,lj为引导系数，引导系数的计算公式为：
Figure BDA0003910703130000062
bki,lj＝μg-aki,lj*μf (6)
其中，
Figure BDA0003910703130000063
表示预处理图像与引导图相乘后得到的图像在相应的滤波窗口中的方差，
Figure BDA0003910703130000064
表示预处理图像在相应的滤波窗口中的方差，ε表示正则化因子，μg表示引导图在相应的滤波窗口中的均值，μf表示预处理图像在相应的滤波窗口中的均值。
上述的用于获取所述相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像，具体包括步骤：
P1、获取多张原始图像；其中，多张原始图像为摄像装置按照固定步长进行移动扫描获得的原始图像序列，相邻两张原始图像之间的重叠率为α；例如，摄像装置可以沿着蛇形走位以固定步长移动，也可以沿着回字形走位以固定补偿移动，每移动一步后拍摄的区域与上一步拍摄的区域有重叠，从而使得拍摄的两张原始图像之间有重叠，以实现傅里叶空间的频谱拼接；
P2、提取多张原始图像的ROI区域，得到多张预处理图像；目标靶面位于相机拍摄的区域内，所提取的ROI区域是目标靶面所在的局部区域；
P3、任一选取多张预处理图像中的一张预处理图像作为基准图像，对其余预处理图像进行配准；由于摄像装置移动过程中可能出现位置偏差，通过配准可以消除摄像装置移动带来的偏差；
P4、将配准后的多张预处理图像分为多组，每组包括多张预处理图像；分组方式如上所述，在此不再赘述；
P5、针对每组预处理图像，根据组内的所有预处理图像获取一张引导图，得到多张引导图，多张引导图与多组预处理图像一一对应；
P6、利用与各组预处理图像对应的引导图对组内的每张预处理图像进行引导滤波；
P7、利用傅里叶叠层成像方法对滤波后的预处理图像进行分析处理，得到一张清晰图像。
本申请实施例的傅里叶叠层成像系统将经过引导滤波降噪后的序列图像作为傅里叶叠层成像方法的输入，相比于未经降噪处理的图像输入，可以有效减少算法的迭代次数和提升图像恢复质量。
在一些实施例中，步骤P5中的“根据组内的所有预处理图像获取一张引导图”，包括：
P51、对组内的所有预处理图像按像素坐标求取平均像素值，得到均值图像；
P52、对均值图像进行灰度变换，得到与该组预处理图像对应的引导图。
步骤P51、P52的具体实现方式和有益效果与步骤S31、S32相同，在此不再赘述。
在一些实施例中，步骤P6包括步骤：
P61、结合预处理图像和预处理图像所在组对应的引导图计算引导系数，每一张预处理图像对应一组引导系数，
P62、利用引导系数对对应的预处理图像的像素值进行线性变换，得到滤波后的预处理图像。
步骤P61、P62的具体实现方式和有益效果与步骤S41、S42相同，在此不再赘述。
在一些实施例中，引导滤波的滤波窗口大小根据两张原始图像之间的重叠率为α和预处理图像的像素维度进行确定。具体的，引导滤波的滤波窗口大小的计算公式为
Figure BDA0003910703130000071
其中，radius表示引导滤波的滤波窗口的半径，M和N表示预处理图像的像素维度，floor(x)表示不超过x的整数。本实施例中滤波窗口大小能根据图像采集参数进行自适应调节。
在一些是实施例中，在步骤P7之前，还包括步骤：
P81、对每组预处理图像分别进行同态滤波；同态滤波在各组内分别进行，可以提高滤波效率；
或者
P82、对所有预处理图像同时进行同态滤波；不采用分组进行同态滤波的方式也可以实现同样的滤波效果，只是预处理时间会变长。
同态滤波采用高通滤波器，可以选择巴特沃斯高通滤波器、梯形高通滤波器等高通滤波器。同态滤波可以进一步滤除噪声，同时进行动态范围的压缩和对比度增强。
同态滤波可以在引导滤波之前进行，也可以在引导滤波之后进行。优选的，同态滤波在引导滤波之后进行。利用本实施例的先引导滤波、后同态滤波恢复出的高分辨率图像噪声得到明显抑制，图像的分辨率得到明显的提升。
在一些实施例中，步骤P3包括步骤：
P31、选取一张预处理图像作为基准图像，对基准图像进行目标区域截取，得到新的预处理图像；
对其余待配准的预处理图像进行如下处理：
P32、计算基准图像与待配准的预处理图像的交叉功率谱；具体计算公式如下
Figure BDA0003910703130000081
其中，
Figure BDA0003910703130000082
是F1(u,v)的共轭，Fi(u,v)是第i幅图像fi(x,y)的傅里叶变换，M和N是图像维度，x0是水平位移量，y0是垂直位移量。
P33、对交叉功率谱作傅里叶逆变换得到近似二维脉冲函数；具体公式如下：
Figure BDA0003910703130000083
P34、求解近似二维脉冲函数的峰值，得到待配准的预处理图像的位移量；
P35、基于位移量对待配准的预处理图像进行目标区域截取，得到新的预处理图像；
以待配准的预处理图像的左上角为原点，向又平移x0，向下平移y0移得到的点为起点，截取目标区域，得到新的预处理图像。
在一些实施例中，步骤P3之后，还包括步骤：
P9、对配准后得到的新的预处理图像进行全局降噪。全局降噪即减去相应的黑电平。黑电平的数值在摄像装置标定过程中计算得出，即拍摄若干无光照图像，统计像素均值得到黑电平大小。
本申请实施例的傅里叶叠层成像系统采用全局降噪+引导滤波+同态滤波的滤波方法，有效降低每幅激光图像的噪声，使图像更清晰；为远场傅里叶叠层成像、遥感成像、空间远程暗弱目标探测等应用提供了技术支撑。降噪后的序列图像作为傅里叶叠层成像迭代算法的输入，相比于未经降噪处理的图像输入，可以有效减少算法的迭代次数和提升图像恢复质量。
如图2a和图2b所示，图2a为原始采集图像，图2b是经过引导滤波和同态滤波降噪后的图像；从图中可以看出，经过引导滤波和同台滤波后，噪声得到有效抑制，图像清晰度明显增加。
如图3a和图3b所示，图3a为原始采集图像序列，图3b是经过引导滤波和同态滤波降噪后的图像序列；从图中可以看出，经过引导滤波和同台滤波后，每张图片的噪声得到有效抑制。
如图4a和图4b所示，图4a为直接利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图4b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果；从图中可以看出，经过引导滤波和同态滤波后，傅里叶叠层成像方法迭代处的图像非常清晰。
如图5a和图5b所示，图5a为仅仅进行引导滤波后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图5b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果；从图中可以看出，图5b的清晰度明显高于图5a，说明引导滤波+同态滤波的滤波效果非常显著。
如图6a和图6b所示，图6a是先经过同态滤波、后经过引导滤波后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图6b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果。从图中可以看出，改变同态滤波和引导滤波的顺序，最终得到的图像的清晰度不同，先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪的降噪效果好于先经过同态滤波、后经过引导滤波。

Claims (21)

1.一种傅里叶叠层成像系统，其特征在于：包括
照明子系统，用于对目标物进行照明，和
成像子系统，用于在目标物的反射光路上采集目标物的图像，所述成像子系统可对目标物进行扫描拍摄以获取目标物的多张图像，
其中，
照明子系统包括用于发出照明光的光发射单元和沿着光发射单元的光路设置的光整形单元，所述光整形单元用于将所述光发射单元发出的照明光调制为发散光照射到目标物上。
2.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述光发射单元发出的照明光为相干光；
优选的，所述光发射单元为激光器。
3.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述光整形单元包括
用于对所述光发射单元发出的照明光进行扩束整形的第一整形元件。
4.根据权利要求3所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述光整形单元包括还包括
用于对经过所述第一整形元件整形的照明光进行再次扩束整形的第二整形元件。
5.根据权利要求3所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为透镜、透镜组或者扩束器。
6.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为透镜或者透镜组或者空间光滤波器，所述第二整形元件为透镜或者透镜组。
7.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第二整形元件与所述第一整形元件之间的距离可调。
8.根据权利要求3所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为透镜或者透镜组。
9.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为反射镜或者反射镜组，所述第二整形元件为反射镜或者反射镜组。
10.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述成像子系统包括
用于拍摄目标物图像的相机，和
用于安装所述相机的安装台，所述安装台可带动所述相机在扫描平面内移动以采集不同视角的目标物的图像。
11.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：还包括
控制器，用于获取所述相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像。
12.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述照明子系统和/或所述成像子系统距离目标物的距离大于1m。
13.根据权利要求11所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述用于获取所述相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像，包括
获取多张原始图像，
提取多张所述原始图像的ROI区域，得到多张预处理图像，
任一选取多张所述预处理图像中的一张预处理图像作为基准图像，对其余预处理图像进行配准；
将配准后的多张预处理图像分为多组，每组包括多张预处理图像，
针对每组预处理图像，根据组内的所有预处理图像获取一张引导图，得到多张引导图，多张引导图与多组预处理图像一一对应，
利用与各组预处理图像对应的引导图对组内的每张预处理图像进行引导滤波，
利用傅里叶叠层成像方法对滤波后的预处理图像进行分析处理，得到一张清晰图像。
14.根据权利要求13所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述根据组内的所有预处理图像获取一张引导图，包括：
对组内的所有预处理图像按像素坐标求取平均像素值，得到均值图像；
对均值图像进行灰度变换，得到与该组预处理图像对应的引导图。
15.根据权利要求14所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述利用与各组预处理图像对应的引导图对组内的每张预处理图像进行引导滤波，包括：
结合预处理图像和预处理图像所在组对应的引导图计算引导系数，每一张预处理图像对应一组引导系数，
利用引导系数对对应的预处理图像的像素值进行线性变换，得到滤波后的预处理图像。
16.根据权利要求13所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述多张原始图像为摄像装置按照固定步长进行移动扫描获得的原始图像序列，相邻两张原始图像之间的重叠率为α。
17.根据权利要求16所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述引导滤波的滤波窗口大小根据两张原始图像之间的重叠率为α和预处理图像的像素维度进行确定。
18.根据权利要求17所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述引导滤波的滤波窗口大小的计算公式为
Figure FDA0003910703120000031
其中，radius表示引导滤波的滤波窗口的半径，M和N表示预处理图像的像素维度，floor(x)表示不超过x的整数。
19.根据权利要求13所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，在所述利用傅里叶叠层成像方法对滤波后的预处理图像进行分析处理，得到一张清晰图像之前，还包括
对每组预处理图像分别进行同态滤波，或
对所有预处理图像同时进行同态滤波。
20.根据权利要求13所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，所述任一选取多张所述预处理图像中的一张预处理图像作为基准图像，对其余预处理图像进行配准，包括
选取一张预处理图像作为基准图像，对基准图像进行目标区域截取，得到新的预处理图像，
对其余待配准的预处理图像进行如下处理：
计算基准图像与待配准的预处理图像的交叉功率谱，
对交叉功率谱作傅里叶逆变换得到近似二维脉冲函数，
求解近似二维脉冲函数的峰值，得到待配准的预处理图像的位移量，
基于位移量对待配准的预处理图像进行目标区域截取，得到新的预处理图像。
21.根据权利要求13所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于，在所述任一选取多张所述预处理图像中的一张预处理图像作为基准图像，对其余预处理图像进行配准之后，还包括对配准后得到的新的预处理图像进行全局降噪。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117670915A (zh) * 2023-12-20 2024-03-08 中原工学院 一种用于智能刀调仪的刀具边缘检测方法

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