一种利用多通道成像提高光电探测器采样分辨率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复眼系统领域，尤其涉及一种利用复眼系统成像特性突破光电探测器采样分辨率的限制得到高空间采样密度图像的方法。
【背景技术】
[0002]光电探测器是光学成像系统的一个重要组成部分，在光学系统参数一定的情况下，其靶面大小决定了成像视场，其像元尺寸的大小是影响成像系统分辨率的一个重要因素，而且光电探测器对目标物的采样满足奈奎斯特采样定理。
[0003]在传统视觉系统中，整个成像系统的空间分辨率受制于光电探测器的采样分辨率(即像元大小)和光学系统分辨率。在现有光学设计的水平下，光学系统的分辨率往往不是限制整个成像系统分辨率的主要因素。因此，提高光电探测器的采样分辨率成为提高成像系统空间分辨率的重要技术途径。传统观念来看，提高光电探测器的采样分辨率意味着减小光电探测器像元尺寸。减小光电探测器像元尺寸能抑制光电探测器欠采样导致的混叠模糊，进一步挖掘光学系统潜力。但在现有材料和工艺水平下，光电探测器像元尺寸几乎已经达到极限(几个微米)，在当前技术水平下若仍要减小光电探测器像元尺寸，散粒噪声将会大大增加。此外，减小探测器像元尺寸、增加探测像元密度，虽然可以提高图像分辨率，但同时会导致每个像元获得的光子量减少，从而降低图像信噪比，导致图像质量下降，因此像元尺寸不可能无限地减小。
[0004]为解决上述问题，可以利用复眼系统的成像特性，获得观察目标的多通道图像，根据各个通道图像的亚像素偏移量采用相关图像处理方法，将各个通道采集到的图像信息进行融合处理，得到空间采样密度和有效分辨率高于光电探测器采样分辨率的最终图像。因而，可以在不减小像元尺寸的条件下，提高光电探测器的空间采样密度和有效分辨率，突破光电探测器采样需满足奈奎斯特采样定理的限制。
[0005]本发明涉及的方法克服了光电探测器像元尺寸大小与采样分辨率之间的矛盾，在保持光电探测器像元尺寸不变的条件下，利用复眼系统的成像特性和相关图像处理方法提高光电探测器的采样分辨率。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:在传统视觉系统中，提高光电探测器的采样分辨率(减小像元尺寸)是提高成像系统空间分辨率的重要技术途径。但在现有材料和工艺水平下，光电探测器像元尺寸几乎已经达到极限(几个微米)，并且减小光电探测器像元尺寸、增加探测像元密度，虽然可以提高图像分辨率，但同时会导致每个像元获得的光子量减少，从而降低图像信噪比，导致图像质量下降，因此像元尺寸不可能无限地减小。利用复眼系统的成像特性和相关图像处理方法可以在不减小像元尺寸的条件下，提高光电探测器的采样分辨率。
[0007]本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是:一种利用多通道成像提高光电探测器采样分辨率的方法，使用复眼系统对目标物进行多通道成像，根据各个通道图像的亚像素偏移量采用相关图像处理方法，将各个通道采集到的图像信息进行融合处理，得到空间采样密度和有效分辨率高于光电探测器采样分辨率的最终图像，该方法在不减少光电探测器像元尺寸的条件下，提高光电探测器采样分辨率，包括以下步骤:
[0008](I)使用预先设计的复眼系统对目标物成像，得到多通道图像，同时使得各个通道图像存在亚像素偏移；
[0009](2)根据各个通道图像之间的亚像素偏移量采用相关图像处理方法进行融合处理，得到空间采样密度和有效分辨率高于各个通道图像的最终图像。
[0010]其中，所述步骤⑴中所述复眼系统包括平面复眼系统和曲面复眼系统。
[0011]其中，所述步骤(I)中预先设计的复眼系统是指所使用的复眼系统必须满足特定的成像要求，即复眼系统各通道图像对同一目标物而言存在亚像素偏移。
[0012]其中，所述步骤(2)复眼系统各通道图像存在亚像素偏移是指各通道两两之间对同一目标物所成图像相对图像中心的位置偏离量之差是像元大小的非整数倍，可以小于一倍像元大小，也可以是整数倍像元大小加上小于一倍像元大小。
[0013]其中，所述步骤⑵中所述各个通道两两之间对同一目标物所成图像相对图像中心的位置偏离量之差可以相等，也可以不相等。
[0014]其中，所述步骤⑴中所述的根据各个通道图像之间的亚像素偏移量采用图像处理方法进行融合处理是指根据各通道对同一目标物的成像偏移量对各个通道图像像素进行重排融合成一幅图像，从而突破复眼系统中所用光电探测器采样分辨率的限制，得到空间采样密度和有效分辨率高于各个通道图像的最终图像。
[0015]本发明的原理是:一种利用多通道成像提高光电探测器采样分辨率的方法，利用复眼系统的成像特性，可获得观察目标的多通道图像，根据各个通道图像的亚像素偏移量采用相关图像处理方法，将各个通道采集到的图像信息进行融合处理，得到空间采样密度和有效分辨率高于光电探测器采样分辨率的最终图像。
[0016]本发明有如下优点:本发明所涉及的方法利用复眼系统的成像特性和相关图像处理方法提高光电探测器的采样分辨率，可以在不减小像元尺寸的条件下，提高光电探测器的空间采样密度和有效分辨率，突破光电探测器采样需满足奈奎斯特采样定理的限制。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的基本流程图。
[0018]图2A和图2B为理想目标函数，周期P = 0.0lmm的正弦函数图像及其细节放大图。图2A所示为周期P = 0.0lmm(像空间频率1001p/mm)的正弦函数，坐标范围为(-0.15mm?0.15mm)，图2B为其在(_15μπι?15 μm)范围的局部展开图。
[0019]图3A至图3J为5个通道对理想目标函数的采样及相应的细节放大图像，图3A为通道I对理想目标函采样所得图像，坐标范围为(-0.15mm?0.15mm)，图3B为其在(_15μπι?15μπι)范围的局部展开图；图3C为通道2对理想目标函采样所得图像，坐标范围为(-0.15mm?0.15mm)，图3D为其在(_15μπι?15 μm)范围的局部展开图；图3E为通道3对理想目标函采样所得图像，坐标范围为(-0.15mm?0.15mm)，图3F为其在(_15μπι?15μπι)范围的局部展开图；图36为通道4对理想目标函采样所得图像，坐标范围为(-0.15mm?0.15mm)，图3H为其在(_15μπι?15 μm)范围的局部展开图；图31为通道5对理想目标函采样所得图像，坐标范围为(-0.15mm?0.15mm)，图3J为其在(_15μπι?15 μπι)范围的局部展开图