超分辨率成像装置和超分辨率成像方法与流程

本发明涉及高分辨率成像，尤其涉及一种超分辨率成像装置和超分辨率成像方法。

背景技术：

1、随着智能化时代的到来，越来越多的应用场景需要高分辨率的图像传感技术，例如高分辨率lcd屏幕缺陷工业检测、远距离ai文档识别等等。随着半导体技术的持续进步，图像传感器的分辨率也越来越高，目前已出现了2亿像素的cmos图像传感器。然而当分辨率高到一定水平，成本提升的倍数远大于获得的分辨率提升倍数，另一方面目前cmos图像传感器单个像素(pixel)的尺寸已经减小到1微米以下，接近可见光波长，通过持续减小单个像素的尺寸来提升分辨率也越来越困难。对此，也有采用数值插值或者ai技术等纯图像数据处理的方式实现在不增加图像传感器自身分辨率的情况下提升图像的分辨率，但是这些方式本质上并没有增加图像的有效信息，处理后的得到图像与实际图像存在差异，容易失真，因此实际应用时最终所得到的图像的效果并不理想。目前虽然也有通过移动图像传感器到不同空间位置进行多次采样后合成超分辨图像的方案，但是这种方式需要高精度的移动平台才能实现图像传感器的准确移动，其所需要的成本太高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种超分辨率成像方法和超分辨率成像装置用于解决现有技术无法低成本地获得高还原度的，且超过图像传感器自身分辨率的图像的技术问题。

2、本发明采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供了一种超分辨率成像方法，包括以下步骤：

4、根据光斑图像控制面阵图像传感器移动到至少两个不同的预设位置，并在各个预设位置采集至少一帧图像，所述光斑图像为由面阵图像传感器对照射到其上的光斑感应而得到的图像；

5、获取各帧图像和各个预设位置之间的对应关系；

6、根据各帧图像和各个预设位置之间的对应关系将所采集的图像合成超分辨率图像。

7、优选地，所述根据光斑图像控制面阵图像传感器移动到至少两个不同的预设位置，并在各个预设位置采集至少一帧图像，所述光斑图像为由面阵图像传感器对照射到其上的光斑感应而得到的图像还包括以下步骤：

8、获取面阵图像传感器位于不同位置时的光斑图像；

9、根据所述光斑图像测量面阵图像传感器移动的移动量；

10、根据测量得到的面阵图像传感器移动的移动量控制面阵图像传感器移动到所述预设位置。

11、优选地，所述根据所述光斑图像测量面阵图像传感器移动的移动量还包括以下步骤：

12、获取面阵图像传感器移动前的光斑图像的像素坐标；

13、获取面阵图像传感器移动后的光斑图像的像素坐标；

14、根据面阵图像传感器移动前的光斑图像的像素坐标和移动后的光斑图像的像素坐标计算面阵图像传感器移动的移动量。

15、优选地，所述获取面阵图像传感器移动前的光斑图像的像素坐标还包括以下步骤：

16、获取待获取像素坐标的光斑图像的像素范围；

17、根据所述像素范围内光斑图像的各个像素的像素值确定光斑图像的像素坐标。

18、优选地，所述光斑图像的像素坐标包括列坐标xc和行坐标yc，所述光斑图像的像素范围包括行坐标范围[i0,i1)和列坐标范围[j0,j1)，在所述根据所述像素范围内光斑图像的各个像素的像素值确定光斑图像的像素坐标中根据公式计算光斑图像的像素坐标，其中i0≤i＜i1，j0≤j＜j1，i为光斑图像各个像素的行坐标，j为光斑图像各个像素的列坐标，i(i,j)为第i行第j列像素的像素值。

19、第二方面，本发明提供一种超分辨率成像装置，包括：

20、面阵图像传感器；

21、镜头，用于使待成像目标在所述面阵图像传感器上形成目标物像；

22、微位移器，包括底座和安装在所述底座上的移动组件，所述面阵图像传感器安装在所述移动组件上，所述移动组件用于带动所述面阵图像传感器相对底座和目标物像移动；

23、光斑发射器，与所述微位移器的底座形成相对位置固定的连接，所述光斑发射器用于向面阵图像传感器发射光斑；

24、控制电路，分别与所述面阵图像传感器、微位移器、光斑发射器电连接。

25、优选地，所述光斑发射器直接发射光斑至所述面阵图像传感器。

26、优选地，所述移动组件包括第一压电陶瓷促动器、第一移动件、第二压电陶瓷促动器和第二移动件，所述第一压电陶瓷促动器的两个载荷面分别与所述底座和所述第一移动件连接，所述第二压电陶瓷促动器的两个载荷面分别与第一移动件和第二移动件连接，所述面阵图像传感器安装在所述第二移动件上，所述第一压电陶瓷促动器用于驱动第一移动件相对底座沿第一方向移动，所述第二压电陶瓷促动器用驱动第二移动件相对第一移动件沿第二方向移动，所述第二方向与第一方向不同。

27、优选地，所述光斑发射器包括激光器、第一光纤、分光器和若干个第二光纤，所述激光器所发射的激光经第一光纤耦合进入分光器，所述分光器将所述激光分配给各个第二光纤后由各个第二光纤分别输出所述光斑。

28、优选地，所述控制电路还用于将面阵图像传感器的曝光参数配置为和所述光斑的强度相匹配。

29、优选地，所述控制电路包括处理器、存储器、图像采集接口、微位移控制器和激光驱动器，所述处理器分别与所述存储器、所述图像采集接口、所述微位移控制器和所述激光驱动器电连接，所述图像采集接口用于接收图像传感器的传输信号和/或向图像传感器发送控制信号，所述微位移控制器用于向微位移器发送控制信号，所述激光驱动器用于向光斑发射器发送控制信号。

30、有益效果：本发明的超分辨率成像方法通过控制面阵图像传感器移动到不同的空间位置进行多帧图像采集来提升图像信号的空间采样频率，从而获得比控制面阵图像传感器位置固定进行图像采集时更多的关于图像的有效信息。然后按照各帧图像采集时的位置关系对采集到地各帧图像进行合成，从而将不同空间位置采集的图像信息有效融合后得到超过面阵图像传感器自身分辨率的超分辨率图像。本发明利用面阵传感器所采集的光斑图像控制面阵传感器移动到不同的空间位置，不仅成本低，而且移动控制的精度完全可以满足获取超分辨率图像的要求。

31、本发明的超分辨率成像装置通过微位移器带动面阵图像传感器移动到不同的空间位置进行多帧图像采集来提升图像信号的空间采样频率，从而获得更多的关于图像的有效信息。然后控制电路按照各帧图像采集时的位置关系对采集到地各帧图像进行合成，从而将不同位置采集的图像信息有效融合得到超过面阵图像传感器自身分辨率的超分辨率图像。本发明还利用光斑发射器向面阵图像传感器发射光斑，通过面阵图像传感器采集到的光斑图像来检测面阵图像传感器的移动量，从而低成本地实现面阵图像传感器的精确移动，使面阵传感器可以准确移动至预设位置进行图像采集。

32、与现有技术相比，本发明没有增加图像传感器本身的分辨率，因此成本低。并且与数值差值和ai超分辨率技术相比，本发明通过增加空间采样频率的方式获得了更多真实有效的图像信息，因此合成的超分辨率图像还原度更高。