專利名稱：一種高分辨率圖像成像方法
技術領域：
本發明涉及一種高分辨率圖像成像方法，特別涉及一種超高分辨率光電成 像系統中異型傳像光纖束耦合所得數字圖像的積分處理方法。
背景技術：
超長線列探測器的設計、加工是超高分辨率紅外成像系統的核心技術；視 場角一定的條件下，線列探測器光敏元的數量直接決定了圖像的空間分辨率 元數越多，圖像分辨率越高，但長線列探測器加工難度高，受各種因素限制， 其研究進展緩慢，目前僅有少數國家掌握美國在軌使用的探測器達到6114 元，法國Sofradir研制成功了性能優越3000元中波紅外探測器，俄羅斯達到 2000元數量級，我國6000元紅外探測器還在實驗階段，其他國家遠遠落后這 個水平。
超長紅外線列加工難度大，但小規模面陣探測器如256x256、 320x240等 早有成熟產品，256x256面陣有65536個光敏元，若能將這65536個光敏元或 者總數的十分之一巧妙利用，使其變成在某種意義上的線陣排列，則6000元 探測器可得；對320x240面陣進行巧妙轉換，可達到7000元探測器的探測效 果。
近年來，傳像光纖束的研究和應用有長足進展，在光譜儀器、醫療設備、 導彈告警接收器等方面都有應用。北京玻璃研究院玻璃1999年研制了用As-S 芯包光纖制作l-6nm波段應用的紅外傳像光纖束。利用光纖柔軟的物理性質， 設計一種特殊排列的傳像光纖束，其入端為線列排列、出端為面陣排列。光纖 束入端放在掃描成像系統的焦平面上，圖像經過光纖束的耦合，采用性能可靠 的小規模面陣器件在光纖束出端接收信息，這種利用特殊結構傳像光纖束完成 空間上的線/面變換，實現了超長線列紅外探測器的探測功能。
在掃描成像時，通過設計掃描步進長度，目標圖像依次通過多層光纖，分 離面陣探測器上接收的圖像信息，得到多幅數字圖像，每幅圖像都包含了目標
物體的相關信息，但圖像之間存在信息冗余。對多幅圖像進行數字積分處理， 得到信噪比高于單幅圖像的目標圖像。
發明內容
本發明針對上述現有技術中對超高分辨率圖像成像方法所存在的不足，而 提供一種利用特殊排列的光纖束實現線/面空間轉換，由面陣探測器實現線陣 探測器的探測功能的成像方案。
為了達到上述目的，本發明提供的一種高分辨率圖像成像方法，其主要包 括以下步驟
(1) 利用該光纖束耦合圖像信息，首先精確控制掃描成像系統步進長度， 讓目標圖像依次通過各層光纖；
(2) 用面陣探測器接收光纖束耦合的圖像信息；
(3) 從面陣探測器獲取的圖像信息中分離各層光纖耦合的圖像信息，得 到多幅數字圖像；
(4) 開辟新的存貯空間，導入前述多幅圖像中的任一幅；
(5) 遍歷該幅圖像，將前述多幅圖像相同幾何位置的像素灰度值按大小 排序，取中值作為基準像素點；
(6) 計算多幅圖像中相同位置上像素的均值和均方差；
(7) 計算基準點與其他像素點之間的相關系數；
(8) 計算歸一化相關系數；
(9) 合成目標圖像，得各像素的灰度值。
所述步驟(1)中掃描成像系統中的異型傳像光纖束完成空間線/面的轉換。 所述步驟(1)中光纖束入端線陣采用多層疊加的"品"字型排列。 根據上述技術方案得到的本發明充分利用多層光纖耦合的多幅數字圖像
信息，既能有效慮除圖像噪聲，又能充分利用多幅圖像的數據信息，能夠在保
證圖像清晰度的前提下提高了目標圖像的信噪比。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。
圖1為本發明中異型傳像光纖束結構示意圖。
圖2為本發明中掃描成像步進圖。
圖3為本發明的流程圖。
具體實施例方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解， 下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
本發明中利用光纖柔軟的物理性質，設計一種特殊排列的傳像光纖束，其 入端線陣非嚴格線陣排列，而是多層疊加的"品"字型排列(如圖1所示)。 光纖束入端放在掃描成像系統的焦平面上，圖像經過光纖束的耦合，采用性能 可靠的小規模面陣器件在光纖束出端接收信息，這種利用特殊結構傳像光纖束 完成空間上的線/面變換，實現了超長線列紅外探測器的探測功能。
掃描成像系統中的異型傳像光纖束完成空間線/面的轉換，由于光纖束入 端設計成多層結構，通過控制掃描步進長度，讓目標圖像依次經過各層光纖， 通過算法處理，分離面陣探測器接收的信息數據，得到多幅目標物體的數字圖 像。掃描成像時，在探測器上進行的模擬積分采取累加處理提高圖像的信噪比， 對于得到的多幅圖像，采取類似處理會出現過飽和(灰度值大于255)現象。 常用的簡單平均處理具有算法簡單、容易實現、硬件成本低等優點，但缺點也 很明顯，它犧牲了圖像高頻分量，使圖像變得模糊；選擇平均算法與簡單平均 相比，能保留圖像的高頻分量，能有效慮除脈沖噪聲，但不能充分利用多幅圖 像的信息。本發明提出一種基于像素相關的處理方法，該方法利用光纖束耦合 得到的多幅數字圖像，既能有效慮除圖像噪聲，又能充分利用多幅圖像的數據曰息。
基于上述技術原理，本發明提供的一種成像流程如圖3所示
(1) 利用該光纖束耦合圖像信息時，首先精確控制掃描系統步進長度， 讓目標圖像依次通過各層光纖，掃描過程如圖2所示。
(2) 用面陣探測器接收光纖束耦合的圖像信息。
(3) 從面陣探測器獲取的圖像信息中分離各層光纖耦合的圖像信息，得 到多幅數字圖像。
(4) 開辟新的存忙空間，導入前述多幅圖像中的任一幅。
(5) 遍歷該幅圖像，將前述多幅圖像相同幾何位置的像素灰度值按大4
排序，取中值作為基準像素點，如下式所示
(6) 計算多幅圖像中相同位置上像素的均值m和均方差"2 。
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(7)計算基準點與其他像素點之間的相關系數A
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
(8)計算歸一化相關系數
<formula>complex formula see original document page 6</formula> ⑤
(9)合成目標圖像，各像素的灰度值為:
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業 的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中 描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明 還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本 發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1、一種高分辨率圖像成像方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟(1)利用該光纖束耦合圖像信息，首先精確控制掃描成像系統步進長度，讓目標圖像依次通過各層光纖；(2)用面陣探測器接收光纖束耦合的圖像信息；(3)從面陣探測器獲取的圖像信息中分離各層光纖耦合的圖像信息，得到多幅數字圖像；(4)開辟新的存貯空間，導入前述多幅圖像中的任一幅；(5)遍歷該幅圖像，將前述多幅圖像相同幾何位置的像素灰度值按大小排序，取中值作為基準像素點；(6)計算多幅圖像中相同位置上像素的均值和均方差；(7)計算基準點與其他像素點之間的相關系數；(8)計算歸一化相關系數；(9)合成目標圖像，得各像素的灰度值。
2、 根據權利要求1所述的一種高分辨率圖像成像方法，其特征在于，所述步驟(1)中掃描成像系統中的異型傳像光纖束完成空間線/面的轉換。
3、 根據權利要求1所述的一種高分辨率圖像成像方法，其特征在于，所述步驟(1)中光纖束入端線陣采用多層疊加的"品"字型排列。
全文摘要
本發明公開了一種高分辨率圖像成像方法，其利用特殊排列的光纖束實現線/面空間轉換，由面陣探測器實現線陣探測器的探測功能，該發明中的計光纖束，其入端線陣非嚴格線陣排列，而是多層疊加的“品”字型排列，掃描成像時，當目標圖像依次通過各層光纖時，分離面陣探測器接收的圖像信息，得到多幅數字圖像。本發明既充分利用了多幅數字圖像包含的信息，又提高了目標圖像的信噪比。
文檔編號G02B27/58GK101344646SQ20081004350
公開日2009年1月14日 申請日期2008年6月12日 優先權日2008年6月12日
發明者安博文 申請人:上海海事大學