一种红外超分辨成像方法及装置与流程

1.本发明涉及红外成像领域，特别涉及一种红外超分辨成像方法及装置。


背景技术：

2.红外成像系统在红外遥感、枪炮瞄准、夜视、跟踪制导、汽车辅助驾驶等方面得到广泛应用。在许多应用领域中，要求红外成像系统具有较高的分辨率。然而，受红外探测器制作工艺的限制，红外系统的成像分辨率很难达到可见光的水平。因此，只能采用其它手段来提高红外系统的分辨率，突破系统光学分辨率极限。目前大多采用过采样技术来实现超分辨图像重建，即在不改变光学系统和探测器参数的前提下，利用多次亚像元错位成像并结合图像融合技术来提高探测器采样频率，减少频谱混淆。但现有的超分辨技术大多是通过增加微动调节机构来实现亚像元移动，比如移动成像镜头或焦平面探测器，这在很多情况下是难以从工程上实现的，比如有些制冷红外系统的镜头尺寸很大，焦平面探测器通常安装在沉重的模块上，很难灵活移动，且这些通过机械移动来实现错位成像的方法由于移动精度和定位稳定性等原因，往往不可避免地造成成像质量下降。
3.因此亟需新的技术方案解决现有超分辨技术中存在的不足。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种红外超分辨成像方法及装置，以代替传统的机械式微扫描错位成像方案，既可提高红外成像分辨率，又能简化系统结构，提高成像速度，且便于工程化实现。
5.为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
6.一方面，本发明提供一种红外超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.调节液晶编码板中液晶的状态，使得所述液晶中每个像素的尺寸小于焦平面探测器像元的尺寸，以生成亚像元编码信息；
8.根据所述亚像元编码信息，获取待测目标亚像元编码的图像；
9.根据所述待测目标亚像元编码的图像，获取所述待测目标的超分辨图像。
10.具体地，生成多组亚像元编码信息以获得多组所述待测目标亚像元编码的图像。
11.进一步地，所述根据所述待测目标亚像元编码的图像，获取所述待测目标的超分辨图像步骤包括：
12.分析多组所述亚像元编码的图像，获取多组图像重建信息；
13.根据所述多组图像重建信息，生成所述待测目标的超分辨图像。
14.进一步地，所述根据所述多组图像重建信息，生成所述待测目标的超分辨图像步骤还包括：
15.图像变换、图像压缩、图像增强、图像消模糊、图像分割、图像拉伸和增益控制操作。
16.另一方面，基于上述提供的一种红外超分辨成像方法，本发明还提供一种红外超
分辨成像装置，所述装置包括：
17.亚像元编码模块，用于调节液晶编码板中液晶的状态，使得所述液晶中每个像素的尺寸小于焦平面探测器像元的尺寸，以生成亚像元编码信息；
18.成像模块，用于对目标进行成像，获得与所述亚像元编码信息对应的亚像元编码图像信息；
19.图像处理模块，用于根据所述待测目标亚像元编码的图像，获取所述待测目标的超分辨图像。
20.进一步地，所述亚像元编码模块包括：
21.亚像元编码生成单元，用于调节液晶编码板中液晶的状态，使得所述液晶中每个像素的尺寸小于焦平面探测器像元的尺寸，以生成亚像元编码信息；
22.亚像元编码控制单元，用于调节和控制所述亚像元编码生成单元，以获得预设的亚像元编码信息。
23.具体地，所述亚像元编码控制单元可以控制所述亚像元编码生成单元生成多组亚像元编码信息，以获得多组所述待测目标亚像元编码的图像。
24.进一步地，所述成像模块包括：
25.成像镜头，用于对所述待测目标进行成像；
26.探测器单元，用于接收所述成像镜头的成像，并将所述成像转换成电信号输出至所述图像处理模块。
27.进一步地，所述成像模块还包括辅助机构单元，用于辅助调节所述待测目标的成像效果。
28.进一步地，所述图像处理模块包括：
29.图像采集单元，用于采集并存储所述待测目标的亚像元编码的图像；
30.图像分析单元，用于分析和识别所述亚像元编码的图像，获取图像重建信息；
31.超分辨图像重建单元，用于根据所述图像重建信息获取所述待测目标的超分辨图像。
32.进一步地，所述超分辨图像重建单元还用于图像变换、图像压缩、图像增强、图像消模糊、图像分割、图像拉伸和增益控制操作。
33.采用上述技术方案，本发明所述的一种红外超分辨成像方法及装置，具有如下有益效果：
34.1.本发明所述一种红外超分辨成像方法及装置，通过亚像元编码技术实现超分辨成像，与机械微扫描技术相比，不需要复杂精密的机械机构，避免了机械移动误差对成像质量的影响，且成像速度更快，更便于工程化集成。
35.2.本发明所述的一种红外超分辨成像方法及装置，与具有固定图案形状的机械编码板或探测器编码技术相比，其图案可任意调节，调节更加灵活，可方便地获得大量具有不同编码的图像，从而重建出尽量高分辨率的图像。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对
于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
37.图1本发明所述的一种红外超分辨成像方法的步骤图；
38.图2本发明所述的一种红外超分辨成像装置的结构示意图；
39.图3是图2中亚像元编码模块的结构示意图；
40.图4是图2中成像模块的结构示意图；
41.图5是图2中图像处理模块的结构示意图；
42.图6本发明实施例中一种红外超分辨成像装置的结构示意图。
43.图中：1-成像镜头，2-液晶编码板，3-液晶编码控制器，4-焦平面探测器，5-图像处理器。
具体实施方式
44.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的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。
45.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
46.实施例1
47.红外成像系统在很多方面都有应用前景，同时还需要很高的分辨率，现有的超分辨技术大多是通过增加微动调节机构来实现亚像元移动，比如移动成像镜头或焦平面探测器，这在很多情况下是难以从工程上实现的，比如有些制冷红外系统的镜头尺寸很大，焦平面探测器通常安装在沉重的模块上，很难灵活移动，且这些通过机械移动来实现错位成像的方法由于移动精度和定位稳定性等原因，往往不可避免地造成成像质量下降。因此本说明书一个实施例提供一种红外超分辨成像方法，能够代替传统的机械式微扫描错位成像方案，既可提高红外成像分辨率，又能简化系统结构，提高成像速度。
48.具体地，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
49.s1：调节液晶编码板中液晶的状态，使得所述液晶中每个像素的尺寸小于焦平面探测器像元的尺寸，以生成亚像元编码信息
50.通过亚像元编码模块中的亚像元编码控制单元控制亚像元编码生成单元，生成所需的亚像元编码信息，即调节液晶编码板中液晶的状态，使得所述液晶中每个像素的尺寸小于焦平面探测器像元的尺寸，需要说明的是，根据不同的待测目标和超分辨图像的成像需求设置不同的编码信息，也就是说在生成一组超分辨图像时可以生成多组的亚像元编码信息。
51.s2：根据所述亚像元编码信息，获取待测目标亚像元编码的图像
52.成像模块对所述待测目标进行成像，在亚像元编码模块的调制作用下，得到所述待测目标亚像元编码的图像。作为可选地，可以设置不同的编码状态，同时采集相应的图像，从而得到多幅经过亚像元编码的图像。
53.s3：根据所述待测目标亚像元编码的图像，获取所述待测目标的超分辨图像。
54.上述得到的多组亚像元编码的图像信息，可以通过图像融合技术进行图像融合，从而得到超分辨图像，具体地，首选需要对采集到的的多组亚像元编码的图像进行信息的分析识别，通过得到分析识别的结果进行超分辨图像的重建、保存和输出。
55.可选地，该过程还可涉及到必要的图像变换、图像压缩、图像增强、图像消模糊、图像分割、图像拉伸和增益控制操作，以保证获得高质量的超分辨图像。
56.本说明书的一个实施例还提供一种红外超分辨成像装置，所述装置能够执行上述提供的方法，具体地，如图2到5所示，所述装置包括：
57.亚像元编码模块，用于生成多组不同的亚像元编码信息；
58.成像模块，用于对目标进行成像，获得与所述亚像元编码信息对应的亚像元编码图像信息；
59.图像处理模块，用于根据所述亚像元编码的图像信息，获取所述待测目标的超分辨图像。
60.在一些实施例中，所述亚像元编码模块包括：
61.亚像元编码生成单元，用于生成多组所述待测目标的亚像元编码信息；
62.亚像元编码控制单元，用于对所述亚像元编码生成单元进行调节和控制，使其生成所需的亚像元编码信息。
63.在一些实施例中，所述成像模块包括：
64.成像镜头，用于对所述待测目标进行成像；
65.探测器模块，用于接收所述成像镜头所成的像，并将其转换成电信号输出至所述图像处理模块；
66.辅助机构，用于对待测目标成像过程中的调节操作，以获得效果更好的图像，具体地，所述辅助机构包括快门、光圈、变焦和调焦机构、固定机构等。
67.在一些实施例中，所述图像处理模块包括：
68.图像采集单元，用于采集并存储所述多组亚像元编码图像；
69.图像分析单元，用于对所述多组亚像元编码的图像信息进行分析、识别；
70.超分辨图像重建单元，用于根据所述图像分析单元的处理结果进行超分辨图像的重建、保存和输出。
71.当然了，所述超分辨图像重建单元还具有图像变换、图像压缩、图像增强、图像消模糊、图像分割、图像拉伸和增益控制等图像处理功能。。
72.示例性地，如图6所示，为本说明书所述的一个具体实施例，主要包括成像镜头1，液晶编码板2，液晶编码控制器3，焦平面探测器4和图像处理器5，
73.所述成像镜头1，用于将目标成像在焦平面探测器4上，作为可选地，所述成像镜头1可以进行消像差设计，使其mtf满足成像分辨率要求，需要说明的是，所述成像镜头1的透射波段应与焦平面探测器4响应波段相匹配，必要时应对镜片表面进行镀膜处理，以提高成
像质量高和效果。
74.所述液晶编码板2，基于液晶分子的取向变化来改变光的透过或阻断状态，实现对所成的像的空间编码，获得多幅具有不同亚像元编码的图像，将液晶编码板2放置在靠近焦平面探测器4前方位置，通过液晶控制器3对液晶的每个像素的状态进行控制，其中所述液晶控制器3可以通过预设的控制单元设置控制策略，其中液晶每个像素的尺寸小于焦平面探测器像元的尺寸，从而实现亚像元编码。
75.所述焦平面探测器4，即所述成像装置的感光元件，用于接收成像镜头所成的像，这里所成的像是经过亚像元编码的图像，并将其转化为电信号输出至图像处理器5。作为可选地，焦平面探测器4可以为制冷型或非制冷型，若为制冷型，需配备制冷机。
76.图像处理器5，根据不同的应用需求，包括读出电路、asic芯片、fpga电路、isp芯片、嵌入式软件或上位机软件等部分。图像处理器5可根据需要实现各种图像优化增强以及超分辨率重建等功能。
77.在本实施例中，本实施例中，目标通过成像镜头1成像后的光束被位于焦平面探测器前面的液晶编码板2调制，液晶编码板2上的每个像素都可以被液晶编码控制器3单独控制，通过改变液晶分子的取向来控制相应像素的透光或不透光状态，由此得到与液晶编码板图案相对应的图像，被焦平面探测器4接收。所述液晶编码板2上的像素间距小于所述焦平面探测器4的像元间距，因此，所得到的图像是经过亚像元编码的图像。通过液晶编码控制器3改变液晶编码板2的液晶分布状态，可得到不同的亚像元编码图像。利用图像处理器5将这些亚像元编码图像通过图像融合技术进行图像重建，就可以得到超分辨图像。
78.本实施例中，液晶编码板2紧贴着焦平面探测器4放置，以达到亚像元编码的目的。所述图像处理器5的作用除了进行图像融合和超分辨重建之外，还可包括其它所需的图像处理功能，如图像增强、图像消模糊、图像拉伸、增益控制等，可根据需要通过软硬件来实现，当然也可以设置额外的图像处理装置进行处理。
79.通过上述提供的一种红外超分辨成像方法及装置可以取得如下有益效果：
80.1)本发明所述一种红外超分辨成像方法及装置，通过亚像元编码技术实现超分辨成像，与机械微扫描技术相比，不需要复杂精密的机械机构，避免了机械移动误差对成像质量的影响，且成像速度更快，更便于工程化集成。
81.2)本发明所述的一种红外超分辨成像方法及装置，与具有固定图案形状的机械编码板或探测器编码技术相比，其图案可任意调节，调节更加灵活，可方便地获得大量具有不同编码的图像，从而重建出尽量高分辨率的图像。
82.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
83.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。