一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法与流程

本发明涉及红外成像及图像处理技术领域，尤其涉及一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法。

背景技术：

红外成像技术是目前对各军兵种都非常有用的新型高科技，具有极强抗干扰能力，而且在作战中不会产生各种辐射，隐蔽性好且生存能力强。由于其特定的优势，红外成像技术在军事作战中将发挥非常巨大的作用。

当前由于红外焦平面阵列制作工艺及量子效率等问题，高密度、小像素尺寸的红外焦平面器件的制作尚存在一定困难，而且价格昂贵，因此针对线阵红外探测器扫描成像，提出一种电子放大方法，有效提高图像的细节分辨率。

传统提高线阵红外图像水平细节分辨率的方法是在水平方向提高光学扫描摆镜的扫描速度，通过在单位时间内增加采样点的方法来提高图像分辨率，但此方法未考虑线阵红外探测器能否清晰成像以及输出图像的帧频问题。

举例说明：目前288×4线阵红外探测器扫描成像，输出图像帧频为50hz。对于288×4长波红外探测器而言，采用tdi(延时积分)的工作模式。288×4长波红外探测器水平方向上的4个像元就有一个tdi阶段，每个光伏管的输出分别送到它们相应的tdi阶段；对于288×4长波红外探测器而言，tdi相当于一个10级寄存器，对前三个像元分别有三级寄存器与之相对应，最后一个像元有一级寄存器与之相对应。这就要求外同步信号，以及扫描速度必须同探测器的列频率严格同步，才能使空间位置完全对准。像元空间位置匹配与像元排序技术是线阵红外传感器能否成清晰图像的关键。若提高扫描速度ν，列频率不能严格同步，会导致线阵红外探测器成像模糊；扫描速度提高，则列周期t列减小，从而导致输出图像的帧频增大。目前采用的tdi模式，288×4线阵红外探测器扫描成像输出图像的频率为50hz，为红外图像的标准模拟视频输出。现有成像机制和技术条件下，输出图像的帧频已无法提高且即使提高也不满足标准模拟视频输出要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中输出图像的帧频已无法提高且即使提高也不满足标准模拟视频输出要求的缺陷，提供一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法，包括相互连接的光学系统、光学扫描摆镜和线阵红外探测器，待测物的红外辐射经过光学系统投射到光学扫描摆镜上，光学扫描摆镜按照一定频率进行往返摆动，将待测物的全视场连续分解扫描，投射在线阵红外探测器上，该方法包括以下步骤：

s1、获取红外图像，对其进行电子放大得到放大图像，根据放大图像确定光学系统的水平有效视场，进而计算光学扫描摆镜的相应扫描范围；

s2、根据光学扫描摆镜的扫描范围，结合红外图像对应的扫描场频，计算得到光学扫描摆镜的扫描速度；

s3、根据光学扫描摆镜的扫描速度计算线阵红外探测器的列周期，根据列周期控制光学扫描摆镜进行奇偶场交替扫描，并将扫描得到的图像在延时积分成像机制下进行合成，得到水平细节分辨率提高后的图像。

进一步地，本发明的步骤s1中对红外图像进行电子放大的放大倍数为2倍。

进一步地，本发明的步骤s1中光学扫描摆镜扫描范围的计算方法为：

红外图像的像素为a×b，红外图像对应的水平有效视场为fov，红外图像对应的扫描范围为a；

根据水平像素与水平有效视场成正比，且水平有效视场与扫描范围成正比，得到：

放大图像的水平有效视场为fov/2，放大图像对应的扫描范围为a/2。

进一步地，本发明的步骤s2中光学扫描摆镜的扫描速度的计算方法为：

红外图像的像素为a×b，扫描范围为a，扫描场频为f场，光学扫描摆镜的扫描速度为：v0＝a*f场；

放大图像的扫描范围为a/2，保持光学扫描摆镜的扫描速度不变，即：v1＝v0＝(a/2)*2f场，此时放大图像的扫描场频为2f场。

进一步地，本发明的步骤s3中计算列周期，进行奇偶场扫描及图像合成的方法为：

s31、根据光学扫描摆镜的扫描速度计算线阵红外探测器的列周期，计算公式为：

其中，s为线阵红外探测器相邻光敏元的水平中心间距，n为线阵红外探测器水平方向扫描时从一个光敏元移动到另一个相邻光敏元所需的积分周期数，f为光学系统的焦距，t列为线阵红外探测器的扫描列周期；

s32、在相同时间内扫描奇偶两场图像并进行合成。

进一步地，本发明的步骤s32中扫描奇偶两场图像并进行合成的方法为：

奇场图像从第1个像素开始采样图像数据，间隔时间t列后采样第2个像素的图像数据；偶场图像从第1.5个像素开始采样图像数据，间隔时间t列后采样第2.5个像素的图像数据，将两场图像合成后得到采样点增大一倍的合成图像。

本发明产生的有益效果是：本发明的提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法，根据线阵红外探测器扫描成像的特点，在光学扫描摆镜的扫描速度不变的情况下，通过奇偶场交替扫描和图像合成的方法，提高了线阵红外电子放大图像水平细节分辨率；在实现线阵红外电子放大的过程中光学扫描摆镜的扫描速度不变，提高了线阵红外成像系统的稳定性；提升线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的同时，图像帧频不变，有效保证了图像的视觉效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是线阵红外探测器工作原理示意图；

图2是本发明实施例的线阵红外图像像素示意图；

图3是本发明实施例的线阵红外探测器光敏元示意图；

图4是本发明实施例的线阵红外探测器奇偶场交替扫描及图像合成示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，线阵红外探测器成像工作原理为：景物的红外辐射经过光学系统投射到光学扫描摆镜上。当光学扫描摆镜由扫描电机轴驱动并按一定的规律往返摆动时，将景物的全视场连续分解扫描，并通过成像在探测器的光敏面上，使红外探测器小的瞬时视场与成像系统大的视场匹配起来，完成一维光机扫描。线阵红外探测器输出的电信号经过ad转换、合成排序、非均匀性校正、增益控制、视频合成等输出红外图像。

如图2所示，本发明实施例的提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法，包括相互连接的光学系统、光学扫描摆镜和线阵红外探测器，待测物的红外辐射经过光学系统投射到光学扫描摆镜上，光学扫描摆镜按照一定频率进行往返摆动，将待测物的全视场连续分解扫描，投射在线阵红外探测器上，该方法包括以下步骤：

s1、通过光学系统获取红外图像，对其进行电子放大得到放大图像，根据放大图像确定光学系统的水平有效视场，进而计算光学扫描摆镜的相应扫描范围；

s2、根据光学扫描摆镜的扫描范围，结合红外图像对应的扫描场频，计算得到光学扫描摆镜的扫描速度；

s3、根据光学扫描摆镜的扫描速度计算线阵红外探测器的列周期，根据列周期控制光学扫描摆镜进行奇偶场交替扫描，并将扫描得到的图像在延时积分成像机制下进行合成，得到水平细节分辨率提高后的图像。

在本发明的一个具体实施例中，对红外图像进行电子放大的放大倍数为2倍。此时，步骤s1中光学扫描摆镜扫描范围的计算方法为：

红外图像的像素为a×b，红外图像对应的水平有效视场为fov，红外图像对应的扫描范围为a；

根据水平像素与水平有效视场成正比，且水平有效视场与扫描范围成正比，得到：

放大图像的水平有效视场为fov/2，放大图像对应的扫描范围为a/2。

步骤s2中光学扫描摆镜的扫描速度的计算方法为：

红外图像的像素为a×b，扫描范围为a，扫描场频为f场，光学扫描摆镜的扫描速度为：v0＝a*f场；

放大图像的扫描范围为a/2，保持光学扫描摆镜的扫描速度不变，即：v1＝v0＝(a/2)*2f场，此时放大图像的扫描场频为2f场。

步骤s3中计算列周期，进行奇偶场扫描及图像合成的方法为：

s31、根据光学扫描摆镜的扫描速度计算线阵红外探测器的列周期，计算公式为：

其中，如图3所示，s为线阵红外探测器相邻光敏元的水平中心间距，n为线阵红外探测器水平方向扫描时从一个光敏元移动到另一个相邻光敏元所需的积分周期数，f为光学系统的焦距，t列为线阵红外探测器的扫描列周期；

s32、在相同时间内扫描奇偶两场图像并进行合成。

步骤s32中扫描奇偶两场图像并进行合成的方法为：

奇场图像从第1个像素开始采样图像数据，间隔时间t列后采样第2个像素的图像数据；偶场图像从第1.5个像素开始采样图像数据，间隔时间t列后采样第2.5个像素的图像数据，将两场图像合成后得到采样点增大一倍的合成图像。

在本发明的另一个具体实施例中，提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法，其主要包含以下几个步骤：

(1)根据电子放大图像确定光学系统的水平有效视场，从而计算出光学扫描摆镜的相应扫描范围；

(2)根据光学扫描摆镜的扫描范围，结合图像扫描场频，计算出光学扫描摆镜的扫描速度；

(3)由光学扫描摆镜的扫描速度得出线阵红外探测器的列周期，采用奇偶场交替扫描后再合成图像的方法，保证线阵红外探测器在tdi成像机制下仍能清晰成像且通过电子放大提高了图像水平细节分辨率。

在步骤(1)中的光学扫描摆镜扫描范围的计算方法为：

设线阵红外图像像素为a×b，光学系统的水平有效视场为，对应光学扫描摆镜的扫描范围为a；则当对线阵红外图像采取电子放大(2×)时，光学系统的水平有效视场为，对应光学扫描摆镜的扫描范围为a/2，如图2所示。

在步骤(2)中的光学扫描摆镜的扫描速度的计算方法为：

设图像扫描场频为f场，当采集像素为a×b原始红外图像时，光学扫描摆镜的扫描速度为v0＝a*f场；当对线阵红外图像电子放大(2×)时，光学扫描摆镜的扫描范围为a/2，若要保持光学扫描摆镜的扫描速度不变即v1＝v0＝(a/2)*2f场(式1)，则此时图像扫描场频为2f场。

在步骤(3)中线阵红外探测器的列周期计算、奇偶场交替扫描及图像合成的方法为：

(3.1)线阵红外探测器的扫描速度，即光学扫描摆镜的扫描速度：

其中s为线阵红外探测器相邻光敏元的水平中心间距，n为线阵红外探测器水平方向扫描时从一个光敏元移动到另一个相邻光敏元所需的积分周期数，f为光学系统的焦距，t列为线阵红外探测器的扫描列周期。当采集像素为a×b的原始红外图像时，线阵红外探测器的扫描列周期为t列0；当对线阵红外图像电子放大(2×)时，由式(1)、式(2)可得此时线阵红外探测器的扫描列周期t列1＝t列0。

(3.2)线阵红外探测器奇偶场交替扫描和图像合成的方法如下：当对线阵红外图像电子放大(2×)时，图像扫描场频由原始图像时的f场变为2f场，即在相同时间内可以扫描两场图像进行合成处理，以提高图像的水平细节分辨率。如图4所示，第一场图像从第1个像素开始采样图像数据，间隔时间t列后采样第2个像素的图像数据；第二场图像从第1.5个像素开始采样图像数据，间隔时间t列后采样第2.5个像素的图像数据。将两场图像合成后可看出合成图像的采样点较原始图像的采样点增大了一倍。

图像分辨率其中n为图像的采样点个数、a为瞬时视场角。

原始图像的水平细节分辨率其中a＝a/2。

合成图像的水平细节分辨率其中第一场图像的采样点个数第二场图像的采样点个数a＝a/2。

由以上计算可得出电子放大的图像较原始图像，水平细节分辨率提高了2倍，即f分辨率1＝2*f分辨率0。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。