[发明专利]一种TDICCD焦平面编码超分辨率成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于TDI CCD焦平面编码的超分辨率光学成像装置，其特征在于，所述装置包括离轴三反光学系统、TDI CCD耦合编码模板、光学TDI CCD探测器和图像重构模块；

所述的离轴三反光学系统，用于控制观测场景的入射光线，并使光线到达所述的TDI CCD耦合编码模块进行空域调控；

所述的TDI CCD耦合编码模板，用于对进入离轴三反光学系统的光线进行空域调控，并使光线到达所述的光学TDI CCD探测器阵列进行低分辨率成像；

所述的光学TDI CCD探测器，用于将TDI CCD耦合编码模板空域调制后的光信号转化为电信号；

所述的图像重构模块，用于将所述的光学TDI CCD探测器转化获得的电信号进行预处理，并采用像素重排方法，对滤除噪声的低分辨率光学编码图像进行图像重构，最终获得超分辨率光学图像。

2.根据权利要求1所述的基于TDI CCD焦平面编码的超分辨率光学成像装置，其特征在于，所述光学系统采用离轴三反设计，所述光学系统观测场景的入射光线通过可转动的反射镜进入光学系统主镜，经主镜反射后到达次镜，再经次镜反射到达三镜，紧贴TDI CCD对准放置一个设计好的编码模板，使得光线经由TDI CCD耦合编码模板调制后经三镜反射到达光学TDI CCD探测器阵列，最后通过图像重构获得超分辨率光学图像。

3.根据权利要求1所述的基于TDI CCD焦平面编码的超分辨率光学成像装置，其特征在于，所述离轴三反光学系统不存在色差和二级光谱，适合宽谱段范围的成像。

4.根据权利要求1所述的基于TDI CCD焦平面编码的超分辨率光学成像装置，其特征在于，所述离轴三反光学系统或者利用折转反射镜折叠光路缩短体积，容易实现轻量化设计，或者使用非球面镜来获得长焦距、大视场、大孔径的组合，满足空间应用对光学系统设计的要求。

5.一种基于TDI CCD焦平面编码的超分辨率光学成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设置光学TDI CCD探测器焦平面阵列：

将4个积分级数为16的线阵TDI CCD顺序拼接为一个焦平面阵列，得到设置好的光学TDI CCD探测器焦平面阵列；

(2)设置TDI CCD耦合编码模板：

2a)在空间光调制器的工作区域模板上，按水平和垂直方向依次划分出与光学TDI CCD探测器水平和垂直方向像元数目相等的正方形区域，该正方形区域与光学TDI CCD探测器单个像元尺寸相同；

2b)在光学探测器线阵方向上将正方形区域自上至下等分为4个等宽等高的小长方形，第一个16级TDI CCD线阵所有像元对应的编码模板的第一部分通过，第二个16级TDI CCD线阵所有像元对应的编码模板的第二部分通光，第三个16级TDI CCD线阵所有像元对应的编码模板第三部分通过，第四个16级TDI CCD线阵所有像元对应的编码模板的第四部分通过，得到设置好的TDI CCD耦合编码模板；

(3)获取四幅同一场景的低分辨率编码图像阵列：

3a)将步骤2b)中得到的TDI CCD耦合编码模板放置在光学TDI CCD探测器前，紧贴光学TDI CCD探测器的焦平面阵列，TDI CCD耦合编码模板上的所有正方形区域与焦平面阵列上的所有像元一一对准；

3b)利用编码测量方法，依次获得同一场景的四幅低分辨率光学图像；

(4)图像预处理：

通过中值滤波器，对获得的四幅低分辨率光学编码图像进行预处理，滤除其中的噪声，获得四幅滤除噪声的低分辨率光学编码图像；

(5)超分辨率图像重构：

5a)创建目标图像矩阵，目标图像矩阵的行数等于4倍的低分辨率光学编码图像的行数，目标图像矩阵的列数等于低分辨率光学编码图像的列数；

5b)采用像素重排方法，对四幅滤除噪声的光学编码图像进行图像重构，获得超分辨率光学图像。