一种波前编码超分辨成像装置、方法、系统及存储介质

1.本发明涉及一种超分辨成像方法及系统，具体为一种波前编码超分辨成像装置、方法、系统及存储介质，将亚像素错位采样理论与波前编码体制结合，在拓展焦深的基础上同步提升成像分辨率。


背景技术：

2.数字成像系统普遍是欠采样系统，难以避免频谱混叠导致的分辨率提升受限问题。减小传感器像元的物理尺寸、提高采样频率是最直接的获取更高分辨率图像的途径。然而，像元尺寸的减小意味着单元像素信噪比的下降，此时为了保证成像质量，对器件的工艺水平就提出了更高的要求，从而导致研发成本的急剧升高。因此，以不改变像素硬件结构为前提的提升系统分辨率的超分辨成像技术应运而生。
3.harris和goodman于1964年和1968年就分别提出了超分辨率图像复原的概念，随后又延伸出了如长椭球波函数法、线性外推法和叠加正弦模板法等方法，但是应用效果并不理想。直到1984年，tsai和huang提出的频域超分辨率复原才真正开启了超分辨率图像复原的大门，是他们首先提出了采用同一场景的多幅欠采样，但相互之间包含冗余信息的亚像素错位采样图像通过融合实现超分辨重建的概念。围绕这一技术，国内外研究成果斐然。
4.在国外，亚像素错位采样超分辨成像技术已经在航天、航空及工业领域获得了巨大的成功。其中，法国spot-5卫星、美国orbitview-3卫星、德国宇航中心bird卫星红外遥感器以及莱卡公司数字航空相机ads40均采用该技术实现了分辨率的提升。另外，韩国viewworks公司的vn系列像素位移相机专为超高分辨率静止物体成像而设计，同样采用亚像素错位采样超分辨重建，其产品系列中的vn-11mc相机能以9900万像素的高分辨率抓取图像，而vn-29mc相机可以达到更高的2亿6000万像素分辨率。同样，奥林巴斯公司的商用单反数码相机e-m5 mark ii在超模式状态下，可以在一次曝光中最多通过移动8次焦面并借此实现高达4000万像素分辨率的成像效果。
5.在国内，中科院西安光机所于1999年就开始亚像素超分辨重建技术的研究，并且开展了原理性试验验证。之后，北京空间机电研究所，中科院长春光机所以及西安电子科技大学等都围绕亚像素错位采样成像理论及重建算法开展了深入研究。2016年，我国发射入轨的高分四号卫星也利用亚像素错位采样实现了分辨率提升。
6.尽管取得了较好的应用效果，亚像素错位采样超分辨成像技术依然值得深入研究：其一，在经亚像素融合的高分辨率网格上，混叠的确得到了抑制，但是原始图像中的混叠现象并未得到改变。其二，在将原始图像从低分辨率网格映射到高分辨率网格并融合后，通常使用与低分辨率网格对应的采样点扩散函数实施复原，没有考虑等效采样间隔减小后对点扩散函数的重采样问题，因此融合图像与退化函数之间存在不匹配。进而影响超分辨图像的成像质量。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种波前编码超分辨成像装置、方法、系统及存储介质，将亚像素错位采样理论与波前编码技术结合，消除现有亚像素错位采样超分辨成像技术存在的原始图像数据混叠，以及克服融合图像与所采用退化函数不匹配问题，可以在拓展焦深的基础上同步提升成像分辨率。
8.作为景深延拓研究领域的里程碑式技术，波前编码计算成像打破了景深与分辨率之间存在的固有制约关系，得到了学术界和工业界的广泛关注。通过在成像系统的孔径平面上添加经特殊设计的、仅对相位施加编码的相位掩膜板，系统就会对离焦、导致离焦的因素(如温度变化、机械振动等)以及与离焦有关的像差(像散、色差等)不敏感，经过复原滤波就能够将中间编码模糊图像恢复至衍射受限图像质量，从而实现超大景深和高分辨率成像的目的。
9.首先，波前编码传递函数与衍射受限光学传递函数相比，衍射受限光学传递函数的幅值大幅降低，因此在采用相同探测器的条件下，中间编码模糊图像中隐含的混叠效应将远小于衍射受限图像。其次，波前编码点扩散函数弥散强烈且局部特征丰富，而探测器很难精确描述其局部特征，因此允许从光学焦面接近无限小间隔采样的点扩散函数出发，通过数值计算方式得到与任意探测器像元大小对应的采样点扩散函数，即在更高分辨率空间实现对编码光学点扩散函数的精确刻画。因此，本发明就将波前编码理论引入亚像素错位采样超分辨方法中，既实现分辨率的提升，也同步实现焦深的延拓。
10.本发明的技术方案是：
11.一种波前编码超分辨成像装置，其特殊之处在于：包括探测器组件及固定在探测器组件前端的波前编码镜头；
12.波前编码镜头包括常规镜片与安装于波前编码镜头的光阑、入瞳或者出瞳位置的旋转对称相位掩膜板。
13.进一步地，旋转对称相位掩膜板表示为：
[0014][0015]
或
[0016]
其中：β代表旋转对称相位掩膜板的相位调制强度；x以及y均为半孔径坐标，x
max
与y
max
为旋转对称相位掩膜板的通光半孔径，单位均为mm，所述x取值范围为[-x
max
，x
max
]，所述y取值范围为[-y
max
，y
max
]。
[0017]
进一步地，上述波前编码超分辨成像装置还包括电控二维平移台，探测器组件及波前编码镜头作为一个整体固定在电控二维平移台，电控二维平移台的法线与波前编码镜头光轴平行。
[0018]
本发明还提供一种波前编码超分辨成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0019]
步骤1、构建亚像素错位采样波前编码图像数据集；
[0020]
控制波前编码超分辨成像装置做亚像素微扫描运动，在每个扫描位置输出一幅亚
像素错位采样波前编码图像，共输出n幅亚像素错位采样波前编码图像，构成亚像素错位采样波前编码图像数据集；
[0021]
其中波前编码超分辨成像装置为上述波前编码超分辨成像装置，包括探测器组件及固定在探测器组件前端的波前编码镜头；
[0022]
步骤2、基于亚像素错位采样波前编码图像数据集，实现超分辨重构，获得超分辨图像；
[0023]
步骤2.1、对亚像素错位采样波前编码图像数据集，融合重建，获得高分辨率中间编码图像；
[0024]
步骤2.11、对亚像素错位采样波前编码图像数据集中的图像进行延拓、加窗预处理；
[0025]
步骤2.12、选择预处理后亚像素错位采样波前编码图像数据集中的第i幅图像作为参考图像，根据下采样因子对参考图像进行插值放大2倍作为初始估计的高分辨中间编码估计图像；其中i等于1；
[0026]
步骤2.13、通过图像生成模型利用亚像素位移估计、模糊退化算子和下采样因子对高分辨中间编码估计图像进行配准、模糊及降采样的退化处理，生成低分辨率模拟图像；其中模糊退化算子等于升采样编码点扩散函数psf；
[0027]
步骤2.14、比较低分辨率模拟图像与参考图像，获得二者之间的差值图像，将差值图像放大2倍并通过选定的边缘强化高频滤波器h滤波，获得滤波后的插值图像；
[0028]
步骤2.15、返回步骤2.12，并令i＝i+1，执行步骤2.12至步骤2.14，直至i＝n，得到n幅滤波后的插值图像；累加n幅滤波后的插值图像，获得差值累加图像；
[0029]
步骤2.16、利用选定的正则化噪声抑制滤波器f，对初始估计的高分辨中间编码估计图像进行滤波，作为正则化图像；
[0030]
步骤2.17、将步骤2.15输出的差值累加图像按照梯度迭代步长反向投影到高分辨中间编码估计图像上，更新高分辨中间编码估计图像，完成一次迭代，如下式所示；
[0031]
x＝x-λ
·
g+β
·z[0032]
其中，λ为梯度迭代步长，β为正则化图像系数，x代表高分辨率中间编码图像，g代表步骤2.15输出的差值累加图像，z代表步骤2.16输出的正则化图像；
[0033]
步骤2.18、若迭代次数等于1，则判断高分辨中间编码估计图像与初始估计的高分辨中间编码估计图像差异，若差异大于设定阈值或迭代次数小于设定迭代次数阈值，则执行步骤2.19；否则，输出高分辨中间编码估计图像，执行步骤2.2；
[0034]
若迭代次数大于1，则判断高分辨中间编码估计图像与前一次迭代过程获得的高分辨中间编码估计图像差异，若差异大于设定阈值或迭代次数小于设定迭代次数阈值，则执行步骤2.19；否则，输出高分辨中间编码估计图像，执行步骤2.2；
[0035]
步骤2.19、利用选定的正则化噪声抑制滤波器f，对更新后的高分辨中间编码估计图像进行滤波，作为正则化图像，返回步骤2.17；
[0036]
步骤2.2、基于超分辨处理方法对高分辨中间编码估计图像解码滤波，获得超分辨图像。
[0037]
为了进一步地提升亚像素融合重建的效果，步骤2.14中的边缘强化高频滤波器h和步骤2.16中的正则化噪声抑制滤波器f互补。
[0038]
进一步地，步骤1中，控制波前编码亚像素错位采样成像装置做亚像素微扫描运动，具体为：
[0039]
控制波前编码亚像素错位采样成像装置在垂直于波前编码镜头光轴的平面上沿相互垂直的两个方向扫描，扫描间隔均为gsd/2，其中gsd为波前编码亚像素错位采样成像装置的理论空间分辨率。
[0040]
进一步地，步骤2.13中的亚像素位移估计，基于下述过程获得：
[0041]
以亚像素错位采样波前编码图像数据集中的第一幅图像为参考，获得亚像素错位采样波前编码图像数据集中其他剩余图像相对于第一幅图像的相对位移，即为亚像素位移估计。
[0042]
本发明还提供一种波前编码超分辨成像系统，其特殊之处在于：包括上述波前编码超分辨成像装置与计算机；所述计算机中存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现波前编码超分辨成像方法中步骤2的过程。
[0043]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特殊之处在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现波前编码超分辨成像方法中步骤2的过程。
[0044]
本发明的有益效果是：
[0045]
1、常规成像系统经过优化之后，其所对应的传递函数在奈奎斯特频率处具有较高的数值，此时若采样不足则会出现严重的混叠问题。本发明使用相位掩膜板对波前实施调制，在实现离焦不敏感的条件下使得系统传递函数大幅降低，此时在探测器像元大小相同的情况下，因欠采样导致的混叠问题在理论上能够得到缓解，所以以该数据作为亚像素错位采样超分辨重建的原始数据具备改进分辨率提升效果的潜力。
[0046]
2、常规成像系统的光学点扩散函数经过优化之后通常集中于2x2至3x3个像元之内，即便采用升采样数值重建的方式也很难获得更多的信息。波前编码系统的点扩散函数与之相比有几十倍甚至上百倍的弥散，所以升采样数值重建可以获得额外的反应高频信息通过能力的表征。换句话说，就是波前编码系统特别适合在更高分辨率的网格上实施解码滤波，而由于亚像素错位采样融合重建就是在更高的分辨率网格上实施，所以本发明将两者结合，消除超分辨重建过程中退化函数与更高分辨率网格不匹配的问题，改进了成像质量。
[0047]
3、本发明波前编码技术与亚像素技术的结合，能够同时兼顾分辨率提升与焦深的拓展。亚像素错位采样图像采集过程中因为离焦以及可能导致离焦的各种因素导致的图像降质都可以通过波前编码予以抑制。
附图说明
[0048]
图1是本发明波前编码超分辨成像系统实施例的组成框图；
[0049]
图中附图标记为：1、探测器组件；2、波前编码镜头；21、旋转对称相位掩膜板；3、计算机；4、电控二维平移台；
[0050]
图2是本发明实施例中波前编码镜头采用旋转对称相位掩膜板的二维相位分布示意图；其中a、b分别为不同的相位分布示意图；
[0051]
图3是本发明实施例提出的波前编码超分辨成像方法流程图；
[0052]
图4是本发明实施例中用于仿真成像的高分辨率靶标图；
[0053]
图5是本发明实施例中由光学设计软件导出并经过重采样的点扩散函数图；
[0054]
图6是本发明实施例中产生的模拟中间编码低分辨率亚像素错位采样序列图像；
[0055]
图7是本发明实施例波前编码超分辨成像方法的仿真效果图；其中(a)是高分辨率靶标经过理想光学点扩散函数模糊并实施下采样的图像放大2倍的结果图像，(b)是经过融合重建与解码滤波的图像；
[0056]
图8是常规成像系统应用亚像素错位采样超分辨重建的仿真效果图，其中(a)是低分辨率图像放大2倍后的图像，(b)是亚像素超分辨重建的图像。
具体实施方式
[0057]
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
[0058]
参照图1，给出了本实施例波前编码超分辨成像系统框图。如图1所示，波前编码亚像素错位采样成像系统主要由波前编码超分辨成像装置和计算机(计算机内具有图像处理软件)两部分构成。其中波前编码超分辨成像装置由探测器组件和波前编码镜头构成。波前编码镜头由常规镜片与相位掩膜板组成。其中，相位掩膜板安装于波前编码镜头的光阑、入瞳或者出瞳位置，同时相位掩膜板采用旋转对称掩膜形式。如图2所示，给出了两种典型旋转对称相位板的二维相位分布。探测器组件通过机械接口与波前编码镜头连接在一起，作为一个整体安装于电控二维平移台上，在电控二维平移台的带动下实施亚像素微扫描成像；所获取的中间编码亚像素错位采样图像通过采集卡发送至上位机后实施融合重建解码滤波，由此实现分辨率的提升与焦深的延拓。
[0059]
本实施例依托如图1所示的波前编码亚像素错位采样成像系统，提出了一种波前编码超分辨成像方法。
[0060]
如前所述，亚像素错位采样超分辨首当其冲就是要获得具有亚像素位移的序列图像，将波前编码理论引入其中后同样首先要构造满足该要求的序列图像。如图1所示，电控二维平移台的法线与波前编码镜头的光轴平行，令光轴方向为z方向，此时电控二维平移台则在垂直于其法线的x-y平面按照满足亚像素间隔的步长实施扫描。这里，扫描步长按照如下方式计算得到。首先，确定波前编码镜头的焦距f，探测器像元大小p以及成像距离d，那么根据p/f*d计算得到空间分辨率gsd；之后，根据空间分辨率gsd的定义，单元像素对应的物方采样大小，故将电控二维平移台在x和y方向上的扫描间隔分别设置为gsd/2，由此实现x-y平面上的亚像素微扫描成像，获得亚像素错位采样波前编码图像数据集，也可称之为亚像素错位采样波前编码序列图像。
[0061]
获得亚像素错位采样波前编码图像数据集后，利用超分辨成像方法，通过两步实现亚像素错位采样波前编码图像的融合重建。
[0062]
(1)采用亚像素技术对亚像素错位采样波前编码图像实施融合重建。
[0063]
这里以迭代后向投影算法ibp框架为基础，针对波前编码特点实施改进而得到。
[0064]
经典ibp算法的基本原理为：
[0065]
首先，选择多幅亚像素序列图像中的一幅作为参考图像，并根据下采样因子对其进行插值放大2倍后作为初始估计的重构高分辨率图像。
[0066]
其次，对参考图像和其他图像进行配准，得到相对位移运动矢量矩阵，也可称为亚像素位移估计。
[0067]
再次，通过图像生成模型利用运动矢量矩阵、模糊算子和下采样因子对重构高分辨率图像进行退化处理，生成模拟的低分辨率图像。
[0068]
此时进行下列检验：如果模拟的低分辨率图像与初始输入的低分辨率图像(参考图像)一致，说明重构的高分辨率图像就是期望得到的重构高分辨率图像。如果模拟的低分辨率图像与初始输入的低分辨率图像不一致，则把两者之间的差值反投影到重构的高分辨率图像上。最后，重复上述迭代过程直到相邻两次高分辨率图像估计之间的差值足够小，此时输出的就是最优估计的重构高分辨率图像。因此，ibp算法框架主要包括运动矢量估计与图像重建两个部分。
[0069]
首先，研究关于运动矢量估计部分。在运动矢量估计部分，对参考图像和其他图像进行配准，采用升采样位相相关算法进行亚像素精度的位移估计。对于常规成像系统而言，采用升采样技术通过局部放大可以将亚像素位移估计精度提升至优于0.05个像素的水平。但是经过相位掩膜板实施中间编码后的图像是否满足位相相关的适用性应该得到检验。这里通过理论分析证明了升采样位相相关算法对经过相位掩膜板实施中间编码后的图像的适用性。
[0070]
令f1和f2分别代表未经过相位掩膜板编码的参考图像和存在位移的图像，那么两者之间的关系如式(1)所示：
[0071][0072]
其中x
shift
与y
shift
分别代表x和y方向上的平移，f则代表理想图像。
[0073]
那么，f1和f2之间的互功率谱就可以表示为式(2)，如下所示：
[0074][0075]
其中u和v为空间频率，f1和f2分别代表f1和f2傅里叶变换，*为共轭，j是复数的虚部标记。
[0076]
因此，对式(2)进行反傅里叶变换就可以得到二维脉冲响应δ(x-x
shift
,y-y
shift
)，通过对二维脉冲响应图像搜索峰值位置就可以得到f1和f2之间的相对位移。
[0077]
在传统位相相关图像配准算法中，f1和f2都是清晰的，而在波前编码系统中，f1和f2都是中间编码模糊的图像。因此，式(1)与式(2)应该重新写为式(3)和式(4)，如下所示：
[0078][0079]
其中，h(x,y)代表波前编码点扩散函数。
[0080][0081]
由此可知，尽管f1和f2是经过相位板编码的中间模糊图像，但是位相相关像移测量依然有效。
[0082]
其次，研究关于图像重建过程部分。该过程包括了从初始估计的高分辨率重建图
像产生低分辨率模拟图像的过程、将低分辨率模拟图像与低分辨率实测图像(参考图像)之间的差经过上采样反向映射到高分辨率空间以及将上采样反向映射的低分辨率模拟图像与低分辨率实测图像之间的差按照梯度正则化方式叠加到估计的高分辨中间编码估计图像中这样三个核心的迭代过程。
[0083]
其中，图像预处理(延拓、加窗等)、高分辨率图像初始估计等都沿用常规做法，但是在实施从高分辨率重建图像的初始估计产生低分辨率模拟图像的模拟成像过程中，不再选择圆盘低通滤波器作为系统退化函数，而是采用升采样编码点扩散函数，这是体现波前编码理论与亚像素超分辨理论的最直接表征。另外，在将低分辨率模拟图像与低分辨率实测图像之间的差通过上采样反向映射到高分辨率空间时，选择边缘强化高频强化滤波器，不仅可以凸显高频差异，而且可以抑制迭代中的噪声放大；在将上采样反向映射的低分辨率模拟图像与低分辨率实测图像之间的差按照梯度正则化方式叠加到高分辨中间编码估计图像中时，选择正则化噪声抑制滤波器同样抑制噪声放大。研究表明，在边缘强化高频滤波器与正则化噪声抑制滤波器互补的时候，即两者的并集为方波滤波器时，亚像素融合重建的效果最好。其中，拉普拉斯滤波器以及负拉普拉斯滤波器、拉普拉斯高斯滤波器以及负拉普拉斯高斯滤波器就是两对典型组合。
[0084]
(2)针对亚像素融合重建的中间编码高分辨率图像实施解码滤波。
[0085]
可采用cn104834089a文献中公开的方法，主要包括以下几个步骤：首先，由光学软件获得光学焦平面上近似连续分布的点扩散函数；其次，根据升采样倍数，从光学焦面点扩散函数出发，计算得到对应于的采样点扩散函数；再次，利用计算得到的采样点扩散函数对由亚像素序列中间编码图像融合而得到的高分辨率网格对应的中间编码图像进行复原，从而超分辨率重建。
[0086]
基于上述说明，如图3所示，本实施例具体方法如下：
[0087]
步骤1、构建亚像素错位采样波前编码图像数据集；
[0088]
控制波前编码亚像素错位采样成像装置做亚像素微扫描运动，在每个扫描位置输出一幅亚像素错位采样波前编码图像，共输出n幅亚像素错位采样波前编码图像，构成亚像素错位采样波前编码图像数据集；
[0089]
其中波前编码亚像素错位采样成像装置包括探测器组件及固定在探测器组件前端的波前编码镜头；
[0090]
步骤2、基于亚像素错位采样波前编码图像数据集，实现超分辨重构，获得超分辨图像；
[0091]
步骤2.1、对亚像素错位采样波前编码图像数据集，融合重建，获得高分辨率中间编码图像；
[0092]
步骤2.11、对亚像素错位采样波前编码图像数据集中的图像进行延拓、加窗预处理；
[0093]
步骤2.12、选择预处理后亚像素错位采样波前编码图像数据集中的第i幅图像作为参考图像，根据下采样因子对参考图像进行插值放大2倍作为初始估计的高分辨中间编码估计图像；其中i等于1；
[0094]
步骤2.13、通过图像生成模型利用亚像素位移估计、模糊退化算子和下采样因子对高分辨中间编码估计图像进行配准、模糊及降采样的退化处理，生成低分辨率模拟图像；
其中模糊退化算子等于升采样编码点扩散函数；
[0095]
步骤2.14、比较低分辨率模拟图像与参考图像，获得二者之间的差值图像，将差值图像放大2倍并通过选定的边缘强化高频滤波器h滤波，获得滤波后的插值图像；
[0096]
步骤2.15、令i＝i+1，执行步骤2.12至步骤2.14，直至i＝n；累加n幅滤波后的插值图像，获得差值累加图像；
[0097]
步骤2.16、利用选定的正则化噪声抑制滤波器f，对初始估计的高分辨中间编码估计图像进行滤波，作为正则化图像；
[0098]
步骤2.17、将步骤2.15输出的差值累加图像按照梯度迭代步长反向投影到正则化图像上，更新高分辨中间编码估计图像，完成一次迭代；
[0099]
步骤2.18、判断高分辨中间编码估计图像与前一次迭代过程获得的高分辨中间编码估计图像差异，若差异大于设定阈值或迭代次数小于设定迭代次数阈值，则执行步骤2.19；否则，输出正则化图像对应的高分辨中间编码估计图像，执行步骤2.2；此处需要注意的是，若只进行了一次迭代，则前一次迭代过程获得的重建高分辨中间编码估计图像为初始估计的重建高分辨中间编码估计图像；
[0100]
步骤2.19、利用选定的正则化噪声抑制滤波器f，对更新后的高分辨中间编码估计图像进行滤波，作为正则化图像，执行步骤2.17至2.18的步骤；
[0101]
步骤2.2、基于超分辨处理方法对高分辨中间编码估计图像解码滤波，获得超分辨图像。
[0102]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现上述方法中基于亚像素错位采样波前编码图像数据集，实现超分辨重构，获得超分辨图像的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。
[0103]
用于实现上述方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0104]
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0105]
这里通过一个成像仿真示例说明本发明提出的波前编码超分辨成像方法的有效性。原始图像采用高分辨率usaf1951靶标，如图4所示，焦距25mm的波前编码镜头对应的经过采样后的点扩散函数如图5所示，由光学设计软件中导出。亚像素位移估计随机产生。首先，按照本发明的方法利用亚像素位移估计、模糊退化算子和下采样因子对原始高分辨率靶标图像进行配准、模糊及降采样的退化处理，由原始高分辨率靶标图像产生具有亚像素位移、中间编码模糊及下采样模糊影响的低分辨率模拟图像序列，如图6所示。之后，按照本
发明提出的超分辨方法对低分辨率模拟图像序列实施亚像素融合与超分辨率解码滤波。如图7所示，本发明提出的超分辨成像方法可以大幅提升成像分辨率。图7中(a)是高分辨率靶标经过理想光学点扩散函数模糊并实施下采样的图像放大2倍的结果，可以看到，其中的高频细节存在明显的模糊与混叠；而在图7中(b)为利用本发明提出的超分辨方法对低分辨率模拟图像序列实施亚像素融合与超分辨率解码滤波后的图像，分辨率提升接近1.8倍，而且图像对比度显著增强。另外作为对照，图8给出了常规系统在同样的参数条件下经过亚像素超分辨重建后的结果，其中(a)是低分辨率图像放大2倍后的图像，(b)亚像素超分辨重建的图像。可以看到，本发明提出的超分辨成像方法依然具有明显的优势，由此证明本发明提出的波前编码超分辨成像方法是有效的。