集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法
【专利摘要】本发明公开一种集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，主要解决现有相机分辨率不能满足集成成像要求的问题。本发明的成像方法包括：(1).设置多值编码掩膜阵列；(2).获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列；(3).图像预处理；(4).重构超分辨率微单元图像阵列。本发明在微透镜阵列的中间像平面添加多值编码掩膜阵列，记录多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列，采用稀疏优化重构算法获得超分辨率微单元图像阵列。本发明具有微单元图像阵列超分辨率重构，集成成像显示视场范围大的优点。本发明可用于3D电影、医学成像等领域。
【专利说明】
集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法
技术领域
[0001] 本发明属于图像处理技术领域，更进一步设及Ξ维光学成像与立体显示超分辨率 图像成像技术领域中的一种集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法。本发明可 用于3D电影、医学成像等领域，实现集成成像微单元图像的超分辨率的采集和重构。
【背景技术】
[0002] 观看分辨率低是限制集成成像技术发展的一个重要因素。其中，集成成像的分辨 率取决于探测器的像元，提高微单元图像阵列的分辨率意味着要在更大的传感器基底上面 制造更多更小尺寸的像元。然而受到探测器加工工艺和制作成本的限制，很难通过采用减 小像元尺寸和增加像元数量的方式来提高分辨率。
[0003] 长春理工大学在其申请的专利"一种提高计算机集成图像重构分辨率的方法"（专 利申请号201210500935.7,公开号CN 103021014 A)中公开了一种通过低分辨率采样及元 素图像拼接的高分辨率成像方法。该方法利用集成成像微单元图像阵列中相邻微单元图像 具有部分相似信息的特点，在计算机重构时对微单元图像集合进行周期性选取，从每个选 取的微单元图像中提取若干像素进行拼接，从而获得最终的高分辨率重构图像。该方法存 在的不足之处是，通过简单拼接重组重构的高分辨率微单元图像比较模糊，重构本身仍然 受低分辨率微单元图像的限制，不能解决现有技术中难W通过减小像元尺寸或增加像元数 量的方式提高成像分辨率的问题，集成成像显示端观测视场范围变化不大。
[0004] Dong-Hak 化in和化un-Wei Tan等人在其发表的论文 "Resolution-enhanced three-dimensional image reconstruction by use of smart pixel mapping in computational integral imaging." (《Applied 0ptics》47(35) :6656-6665 2008)中提出 了一种基于智能像素映射的计算集成成像高分辨率重建方法。该方法利用智能像素映射将 记录远距离的微单元图像阵列转换为记录微透镜阵列附近的微单元图像阵列，通过计算集 成成像技术得到远距离场景的更高分辨率微单元图像阵列。该方法存在的不足之处是，采 用的智能像素映射只是简单的将远距离的Ξ维场景映射到靠近微透镜阵列的位置，Ξ维图 像的分辨率仍然受到探测器像元大小的限制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种集成成像超分辨率微单元 图像阵列采集与重构方法，W实现利用低分辨率的探测器阵列获得超分辨率微单元图像阵 列，提升集成成像显示质量，降低成像系统的实现难度和图像重构复杂度。
[0006] 实现本发明的基本思路是:设置多值编码掩膜阵列，将多值编码掩膜阵列放在在 微透镜阵列的中间像平面，多值编码掩膜阵列对进入微透镜阵列的光束进行空域调制，利 用时变技术控制多值编码掩膜阵列变换，记录多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列，利 用稀疏优化重构算法对多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列进行重构，获得超分辨率微 单元图像阵列。
[0007]实现本发明目的的具体步骤如下：
[000引（1)建立集成成像模型：
[0009] (la)在相机的探测器阵列中屯、的前端设置中继镜头，探测器阵列的平面与中继镜 头之间的距离等于中继镜头的焦距；
[0010] Qb)在中继镜头中屯、的前端设置MX V的微透镜阵列，Μ表示微透镜水平排列的数 目，V表示微透镜垂直排列的数目，相邻微透镜之间间距为d;中继镜头与微透镜阵列之间的 距离等于微透镜阵列的焦距，不同微透镜记录来自不同方向的光线，微透镜阵列经过中继 镜头在探测器阵列上成像的大小等于探测器阵列的大小，每一个微透镜对应探测器阵列上 S X S个像元，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列的数目；
[0011] (2)设置多值编码掩膜阵列：
[0012] (2a)在空间光调制器的工作区域模板的左上角上，划分一个正方形区域，该正方 形区域边长等于单个微透镜通光孔径的直径；
[0013] (2b)在正方形区域上，按水平和垂直方向划分为多个与微透镜对应探测器阵列上 像元尺寸相同的小正方形区域，将每一个小正方形按水平和垂直方向设置为mXm的多值编 码掩膜，m表示探测器阵列上单个像元对应的多值编码掩膜的垂直和水平排列的数目；
[0014] (2c) W相邻微透镜间距d为间隔，按水平方向M-1次和垂直方向V-1次复制设置好 的多值编码掩膜的正方形区域，得到多值编码掩膜阵列，Μ表示微透镜水平排列的数目，V表 示微透镜垂直排列的数目；
[0015] (2e)将多值编码掩膜阵列置于集成成像模型中微透镜阵列的中间像平面处，多值 编码掩膜阵列上的每个正方形区域中屯、与每个微透镜中屯、对准；
[0016] (3)获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列：
[0017] (3a)将采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帖数i赋值为l，0<i<R，R表示采 集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的总次数；
[0018] (3b)按下相机快口，多值编码掩膜阵列对进入集成成像模型的光束进行空域调 审IJ，在探测器阵列平面记录第i幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列，每一个多值编码掩膜 对应一个低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的一个低分辨率压缩编码像素点.
[0019] (3c)随机选取满足同一高斯随机分布的一个高斯随机矩阵，用所选取的高斯随机 矩阵对每一个多值编码掩膜进行编码，得到同一个空间光调制器上编码后的多值编码掩膜 阵列；
[0020] (3d)判断低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帖数i是否等于采集低分辨率压缩 编码微单元图像阵列的总次数R，若是，则执行步骤(4);否则，将低分辨率压缩编码微单元 图像阵列的帖数i加1后，执行步骤(3b);
[0021] (4)图像预处理：
[0022] 通过中值滤波器，对获得的多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列进行预处理， 滤除多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的噪声，获得多幅滤除噪声的低分辨率压缩 编码微单元图像阵列；
[0023] (5)重构超分辨率微单元图像阵列：
[0024] (5a)将待重构的每一幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的低分辨率压缩编 码像素点的水平坐标X赋值为l，〇<x《MXS;将待重构的每一幅低分辨率压缩编码微单元图 像阵列中低分辨率压缩编码像素点的垂直坐标y赋值为l，0<χ《VXS，其中M表示微透镜水 平排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列的数目，V表示 微透镜垂直排列的数目；
[0025] (5b)按采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的顺序，依次取出每一幅低分辨率 压缩编码微单元图像阵列中，坐标为(X，y)的低分辨率压缩编码像素点，组成低分辨率压缩 编码像素点列向量；
[0026] (5c)采用稀疏优化重构方法，对低分辨率压缩编码像素点列向量进行重构，获得 重建的超分辨率单元图像列向量；
[0027] (5d)将重建的超分辨率单元图像列向量组成mXm的超分辨率单元图像矩阵，得到 超分辨率微单元图像阵列中坐标为(x，y)的超分辨率单元图像，m表示探测器阵列上单个像 元对应的多值编码掩膜的垂直和水平排列的数目；
[0028] (5e)判断X是否等于MXS，若是，则执行步骤(5f);否则，将X加1后，执行步骤(5b)， 其中，X表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的水平坐标，Μ 表示微透镜水平排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列 的数目；
[0029] (5f)判断y是否等于VXS，若是，则执行步骤(6);否则，将y加 l，且将x赋值为l后， 执行步骤巧b)，其中，y表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点 的垂直坐标，V表示微透镜垂直排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水 平和垂直排列的数目，X表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素 点的水平坐标；
[0030] (6)输出超分辨率微单元图像阵列。
[0031 ]本发明与现有技术相比具有W下优点：
[0032] 第一，由于本发明在微透镜阵列的中间像平面添加了多值编码掩膜阵列，获取Ξ 维场景中更多的细节信息，克服了现有技术中难W通过减小探测器阵列像元尺寸或增加探 测器阵列像元数量的方式提高微单元图像阵列分辨率的不足，使得本发明具有了超分辨率 成像能力，节省焦平面阵列像元的优点。
[0033] 第二，由于本发明通过稀疏优化重构方法得到了超分辨率微单元图像阵列，提高 了单个微单元图像中像素点数目，克服了现有技术获得微单元图像阵列角分辨率低的不 足，使得本发明具有了更高的集成成像显示端观测视场范围，更大的角分辨率的优点。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明的流程图；
[0035] 图2为本发明光路的示意图；
[0036] 图3为本发明的多值编码掩膜阵列位置设置示意图；
[0037] 图4为本发明的获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列步骤的流程图；
[0038] 图5为本发明的重构超分辨率微单元图像阵列步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0040]参照附图1，本发明的具体步骤如下。
[0041 ]步骤1:建立集成成像模型。
[0042] 在相机的探测器阵列中屯、前端设置中继镜头，中继镜头与探测器阵列平面之间的 距离等于中继镜头的焦距。
[0043] 在中继镜头中屯、的前端设置MXV的微透镜阵列，Μ表示微透镜水平排列的数目，V 表示微透镜垂直排列的数目，相邻微透镜之间间距为d;中继镜头与微透镜阵列之间的距离 等于微透镜阵列的焦距，不同微透镜记录来自不同方向的光线，微透镜阵列经过中继镜头 在探测器阵列上成像的大小等于探测器阵列的大小，每一个微透镜对应探测器阵列上S X S 个像元，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列的数目；
[0044] 参照附图2,对建立的集成成像模型的光学结构加 W描述。在相机的探测器阵列中 屯、前端设置中继镜头，中继镜头与探测器阵列平面之间的距离等于中继镜头的焦距f2,在 中继镜头中屯、前端设置MXV的微透镜阵列，微透镜阵列与中继镜头之间的距离等于微透镜 阵列的焦距fi，相邻微透镜间距为d，探测器阵列、中继镜头和微透镜阵列处于同一条光轴。
[0045] Μ取100~2000的正整数，当步骤1中Μ的值确定后，步骤2、步骤5中Μ的取值与步骤1 中Μ的值相同。V取100~2000的正整数，当步骤1中V的值确定后，步骤2、步骤5中V的取值与 步骤1中V的值相同。d取值范围为1~0.01mm，当步骤1中d的值确定后，步骤帥d的取值与步 骤1中d的值相同。S取5~200的正整数，当步骤1中S的值确定后，步骤5中S的取值与步骤1中 S的值相同。
[0046] Μ的取值、d的取值和V的取值之间没有固定关系，按具体使用要求设置，当相邻微 透镜的间距d的值和探测器阵列确定后，微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列 的数目S的值也将确定。
[0047] 步骤2:设置多值编码掩膜阵列。
[004引在空间光调制器的工作区域模板的左上角上，划分一个正方形区域，该正方形区 域边长等于单个微透镜通光孔径的直径。
[0049] 在正方形区域上，按水平和垂直方向划分为多个与微透镜对应探测器阵列上像元 尺寸相同的小正方形区域，将每一个小正方形按水平和垂直方向设置为mXm的多值编码掩 膜，m表示探测器阵列上单个像元对应的多值编码掩膜的垂直和水平排列的数目。
[0050] m取2~8的正整数，当步骤2中m的值确定后，步骤5中m的取值与步骤2中m的值相 同。
[0051] 多值编码掩膜是指满足同一个N(0，1)独立正态分布的高斯随机矩阵。
[0052] W相邻微透镜间距d为间隔，按水平方向M-1次和垂直方向V-1次复制设置好的多 值编码掩膜的正方形区域，得到多值编码掩膜阵列，Μ表示微透镜水平排列的数目，V表示微 透镜垂直排列的数目。
[0053] Μ取100~2000的正整数，当步骤1中Μ的值确定后，步骤2、步骤5中Μ的取值与步骤1 中Μ的值相同。
[0054] V取100~2000的正整数，当步骤1中V的值确定后，步骤2、步骤5中V的取值与步骤1 中V的值相同。
[0055] d取值范围为1~0.01mm，当步骤1中d的值确定后，步骤2中d的取值与步骤1中d的 值相同。
[0056] 多值编码掩膜是指满足同一个N(0，1)独立正态分布的高斯随机矩阵。
[0057] 参照附图3,对设置多值编码掩膜阵列的位置加 W描述。将多值编码掩膜阵列置于 集成成像模型中微透镜阵列的中间像平面处，多值编码掩膜阵列上的每个正方形区域中屯、 与每个微透镜中屯、对准。
[0058] 步骤3:获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列。
[0059] 参照附图4,对获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列的具体步骤描述如下。
[0060] 第一步，设置初始帖数。将采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帖数i赋值为 l，0<i<R，R表示采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的总次数。
[0061] 第二步，按下相机快口，多值编码掩膜阵列对进入集成成像模型的光束进行空域 调制，在探测器阵列平面记录第i幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列，每一个多值编码掩 膜对应一个低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的一个低分辨率压缩编码像素点。
[0062] 空域调制是指，在多值编码掩膜对应的高斯随机矩阵的指导下，对空间中的光线 进行调制，使得高斯随机矩阵中取值为1对应空间区域的光线完全通过，高斯随机矩阵中取 值为0对应空间区域的光线完全阻挡，高斯随机矩阵中取值在0和1之间对应空间的区域光 线部分通过。
[0063] 多值编码掩膜是指满足同一个N(0，1)独立正态分布的高斯随机矩阵。
[0064] 第Ξ步，变换多值编码掩膜阵列。随机选取满足同一高斯随机分布的一个高斯随 机矩阵，用所选取的高斯随机矩阵对每一个多值编码掩膜进行编码，得到同一个空间光调 制器上编码后的多值编码掩膜阵列。
[0065] 多值编码掩膜是指满足同一个N(0，1)独立正态分布的高斯随机矩阵。
[0066] 第四步，判断低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帖数i是否等于采集低分辨率 压缩编码微单元图像阵列的总次数R，若是，则得到多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵 列，执行步骤4,否则，将低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帖数i加1后，执行本步骤的第 二步。
[0067] 步骤4:图像预处理。
[0068] 通过中值滤波器，对获得的多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列进行预处理， 滤除多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的噪声，获得多幅滤除噪声的低分辨率压缩 编码微单元图像阵列。
[0069] 步骤5:重构超分辨率微单元图像阵列。
[0070] 参照附图5,对获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列的具体步骤如下。
[0071] (5a)设置初始坐标。将待重构的每一幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的低 分辨率压缩编码像素点的水平坐标X赋值为l，〇<x《MX S;将待重构的每一幅低分辨率压缩 编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的垂直坐标y赋值为l，0<x《VXS，其中M 表示微透镜水平排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列 的数目，V表示微透镜垂直排列的数目。
[0072] Μ取100~2000的正整数，当步骤1中Μ的值确定后，步骤2、步骤5中Μ的取值与步骤1 中Μ的值相同。
[0073] V取100~2000的正整数，当步骤1中V的值确定后，步骤2、步骤5中V的取值与步骤1 中V的值相同。
[0074] S取5~200的正整数，当步骤1中S的值确定后，步骤5中S的取值与步骤1中S的值相 同。
[0075] (5b)组合像素点列向量。按采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的顺序，依次 取出每一幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中，坐标为(x，y)的低分辨率压缩编码像素 点，组成低分辨率压缩编码像素点列向量。
[0076] (5c)获得超分辨率列向量。采用稀疏优化重构方法，对低分辨率压缩编码像素点 列向量进行重构，获得重建的超分辨率单元图像列向量。
[0077] 稀疏优化重构方法的具体步骤如下：
[0078] 第一步，按采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列时，使用多值编码掩膜阵列的 顺序，在每一个多值编码掩膜阵列中取出一个多值编码掩膜，将每一个多值编码掩膜对应 的高斯随机矩阵按行展开，得到多个高斯随机行向量，将多个高斯随机行向量组成观测矩 阵；
[0079] 第二步，将低分辨率压缩编码像素点列向量用稀疏分解矩阵投影到稀疏域，得到 初始稀疏分解系数向量；
[0080] 第Ξ步，按照下式，求解最佳稀疏分解估计系数向量：
[0081]
[0082]其中，h表示最佳稀疏分解估计系数向量，argmin( ·)表示取最小值操作，0表示初 始稀疏分解系数向量，Q表示低分辨率压缩编码像素点列向量，Φ表示观测矩阵，Ψ表示稀 疏分解矩阵，τ表示惩罚因子，τ的取值范围为0~1的小数，IMI自表示取二范数的平方值操作， ? I |i表不一范数操作；
[0083] 第四步，按照下式，将最佳稀疏分解估计系数向量h逆投影到实域，获得重建的超 分辨率单元图像列向量；
[0084] f=Wh
[0085] 其中，f表示重建的超分辨率单元图像列向量，Ψ表示稀疏分解矩阵，h表示最佳稀 疏分解估计系数向量。
[0086] (5d)重组超分辨率单元图像。将重建的超分辨率单元图像列向量组成mXm的超分 辨率单元图像矩阵，得到超分辨率微单元图像阵列中坐标为(x，y)的超分辨率单元图像，m 表示探测器阵列上单个像元对应的多值编码掩膜的垂直和水平排列的数目。
[0087] m取2~8的正整数，当步骤2中m的值确定后，步骤5中m的取值与步骤2中m的值相 同。
[0088] (5e)判断X是否等于MXS，若是，则执行步骤(5f);否则，将X加1后，执行步骤(5b)， 其中，X表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的水平坐标，Μ 表示微透镜水平排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列 的数目。
[0089] Μ取100~2000的正整数，当步骤1中Μ的值确定后，步骤2、步骤5中Μ的取值与步骤1 中Μ的值相同。
[0090] S取5~200的正整数，当步骤1中S的值确定后，步骤5中S的取值与步骤1中S的值相 同。
[0091] (5f)判断y是否等于VXS，若是，则执行步骤6;否则，将y加 l，且将x赋值为l后，执 行步骤(5b)，其中，y表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的 垂直坐标，V表示微透镜垂直排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平 和垂直排列的数目，X表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点 的水平坐标。
[0092] V取100~2000的正整数，当步骤1中V的值确定后，步骤2、步骤5中V的取值与步骤1 中V的值相同。
[0093] S取5~200的正整数，当步骤1中S的值确定后，步骤5中S的取值与步骤1中S的值相 同。
[0094] 步骤6:输出超分辨率微单元图像阵列。
[0095] 集成成像显示端角分辨率与超分辨率微单元图像阵列中微单元图像的像素点数 目成正比。
【主权项】
1. 一种集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，包括以下步骤： (1) 建立集成成像模型： (la) 在相机的探测器阵列中心的前端设置中继镜头，探测器阵列的平面与中继镜头之 间的距离等于中继镜头的焦距； (lb) 在中继镜头中心的前端设置Μ X V的微透镜阵列，Μ表示微透镜水平排列的数目，V 表示微透镜垂直排列的数目，相邻微透镜之间间距为d;中继镜头与微透镜阵列之间的距离 等于微透镜阵列的焦距，不同微透镜记录来自不同方向的光线，微透镜阵列经过中继镜头 在探测器阵列上成像的大小等于探测器阵列的大小，每一个微透镜对应探测器阵列上S X S 个像元，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列的数目； (2) 设置多值编码掩膜阵列： (2a)在空间光调制器的工作区域模板的左上角上，划分一个正方形区域，该正方形区 域边长等于单个微透镜通光孔径的直径； (2b)在正方形区域上，按水平和垂直方向划分为多个与微透镜对应探测器阵列上像元 尺寸相同的小正方形区域，将每一个小正方形按水平和垂直方向设置为mXm的多值编码掩 膜，m表示探测器阵列上单个像元对应的多值编码掩膜的垂直和水平排列的数目； (2c)以相邻微透镜间距d为间隔，按水平方向Μ-1次和垂直方向V-1次复制设置好的多 值编码掩膜的正方形区域，得到多值编码掩膜阵列，Μ表示微透镜水平排列的数目，V表示微 透镜垂直排列的数目； (2e)将多值编码掩膜阵列置于集成成像模型中微透镜阵列的中间像平面处，多值编码 掩膜阵列上的每个正方形区域中心与每个微透镜中心对准； (3) 获取低分辨率压缩编码微单元图像阵列： (3a)将采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帧数i赋值为1，0〈1〈1?，1?表示采集低 分辨率压缩编码微单元图像阵列的总次数； (3b)按下相机快门，多值编码掩膜阵列对进入集成成像模型的光束进行空域调制，在 探测器阵列平面记录第i幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列，每一个多值编码掩膜对应 一个低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的一个低分辨率压缩编码像素点； (3c)随机选取满足同一高斯随机分布的一个高斯随机矩阵，用所选取的高斯随机矩阵 对每一个多值编码掩膜进行编码，得到同一个空间光调制器上编码后的多值编码掩膜阵 列； (3d)判断低分辨率压缩编码微单元图像阵列的帧数i是否等于采集低分辨率压缩编码 微单元图像阵列的总次数R，若是，则执行步骤(4);否则，将低分辨率压缩编码微单元图像 阵列的帧数i加1后，执行步骤(3b); (4) 图像预处理： 通过中值滤波器，对获得的多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列进行预处理，滤除 多幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的噪声，获得多幅滤除噪声的低分辨率压缩编码 微单元图像阵列； (5) 重构超分辨率微单元图像阵列： (5a)将待重构的每一幅低分辨率压缩编码微单元图像阵列中的低分辨率压缩编码像 素点的水平坐标X赋值为l，〇〈x$MXS;将待重构的每一幅低分辨率压缩编码微单元图像阵 列中低分辨率压缩编码像素点的垂直坐标y赋值为l，〇〈x$VXS，其中Μ表示微透镜水平排 列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列的数目，V表示微透 镜垂直排列的数目； (5b)按采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列的顺序，依次取出每一幅低分辨率压缩 编码微单元图像阵列中，坐标为(x，y)的低分辨率压缩编码像素点，组成低分辨率压缩编码 像素点列向量； (5c)采用稀疏优化重构方法，对低分辨率压缩编码像素点列向量进行重构，获得重建 的超分辨率单元图像列向量； (5d)将重建的超分辨率单元图像列向量组成mXm的超分辨率单元图像矩阵，得到超分 辨率微单元图像阵列中坐标为(x，y)的超分辨率单元图像，m表示探测器阵列上单个像元对 应的多值编码掩膜的垂直和水平排列的数目； (5e)判断X是否等于MX S，若是，则执行步骤(5f);否则，将X加1后，执行步骤(5b)，其 中，X表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的水平坐标，Μ表 示微透镜水平排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和垂直排列的 数目； (5〇判断7是否等于￥\3，若是，则执行步骤(6);否则，将7加1，且将1赋值为1后，执行 步骤(5b)，其中，y表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的垂 直坐标，V表示微透镜垂直排列的数目，S表示一个微透镜对应的探测器阵列上像元水平和 垂直排列的数目，X表示低分辨率压缩编码微单元图像阵列中低分辨率压缩编码像素点的 水平坐标； (6)输出超分辨率微单元图像阵列。2. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于：步骤（lb)、步骤（2c )、步骤(5a)、步骤（5e)中所述的Μ取100~2000的正整数，当步骤 (1 b)中Μ的值确定后，步骤(2c)、步骤(5a)、步骤(5e)中Μ的取值与步骤(1 b)中Μ的值相同。3. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于：步骤（lb)、步骤（2c)、步骤(5a)、步骤（5f)中所述的V取100~2000的正整数，当步骤 (lb)中V的值确定后，步骤(2c)、步骤(5a)、步骤(5f)中V的取值与步骤(lb)中V的值相同。4. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于:步骤（lb)、步骤(2c)中所述d的取值范围为1~0.01mm，当步骤（lb)中d的值确定后，步 骤(2c)中d的取值与步骤(1 b)中d的值相同。5. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于：步骤（lb)、步骤(5a)、步骤(5e)、步骤(5f)中所述的S取5~200的正整数，当步骤（1 b) 中S的值确定后，步骤(5a)、步骤(5e)、步骤(5f)中S的取值与步骤(1 b)中S的值相同。6. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于：步骤（2b)、步骤(5d)中所述的m取2~8的正整数，当步骤（2b)中m的值确定后，步骤 (5d)中m的取值与步骤(2b)中m的值相同。7. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于：步骤(2b)、步骤(2c)、步骤(3b)、步骤(3c)中所述的多值编码掩膜是指满足同一个N (0，1)独立正态分布的高斯随机矩阵。8. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于:步骤(3b)中所述的空域调制是指，在多值编码掩膜对应的高斯随机矩阵的指导下，对 空间中的光线进行调制，使得高斯随机矩阵中取值为1对应空间区域的光线完全通过，高斯 随机矩阵中取值为0对应空间区域的光线完全阻挡，高斯随机矩阵中取值在0和1之间对应 空间的区域光线部分通过。9. 根据权利要求1所述的集成成像超分辨率微单元图像阵列采集与重构方法，其特征 在于:步骤(5c)中所述的稀疏优化重构方法的具体步骤如下： 第一步，按采集低分辨率压缩编码微单元图像阵列时，使用多值编码掩膜阵列的顺序， 在每一个多值编码掩膜阵列中取出一个多值编码掩膜，将每一个多值编码掩膜对应的高斯 随机矩阵按行展开，得到多个高斯随机行向量，将多个高斯随机行向量组成观测矩阵； 第二步，将低分辨率压缩编码像素点列向量用稀疏分解矩阵投影到稀疏域，得到初始 稀疏分解系数向量； 第三步，按照下式，求解最佳稀疏分解估计系数向量：其中，h表示最佳稀疏分解估计系数向量，argmin( ·)表示取最小值操作，〇表示初始稀 疏分解系数向量，Q表示低分辨率压缩编码像素点列向量，Φ表示观测矩阵，Ψ表示稀疏分 解矩阵，τ表示惩罚因子，τ的取值范围为0~1的小数，II.表示取二范数的平方值操作，Μ · |ι表示一范数操作； 第四步，按照下式，将最佳稀疏分解估计系数向量h逆投影到实域，获得重建的超分辨 率单元图像列向量； f=Wh 其中，f表示重建的超分辨率单元图像列向量，Ψ表示稀疏分解矩阵，h表示最佳稀疏分 解估计系数向量。
【文档编号】G06T3/40GK106067162SQ201610392887
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610392887.2, CN 106067162 A, CN 106067162A, CN 201610392887, CN-A-106067162, CN106067162 A, CN106067162A, CN201610392887, CN201610392887.2
【发明人】王晓蕊, 袁影, 穆江浩, 郭丹凤, 张建磊
【申请人】西安电子科技大学