[发明专利]一种机载超分辨率图像重建装置及重建方法

权利要求书

1.一种机载超分辨率图像重建装置，其特征在于，包括：传感器输入模块(a)、图像处理及输出模块(b)；其中，

所述传感器输入模块(a)包括：成像镜头组(1)、光线分束器及转动控制结构(2)、第一图像传感器件(3)、第二图像传感器件(5)、模数转换器(6)以及同步信号发生器(4)；

所述图像处理及输出模块(b)包括：嵌入式图像处理与控制核心电路(7)、输入存储单元(8)、输出存储单元(9)、视频及超分辨率照片的无线传输电路(10)、无线链路(11)以及地面站信号接收及显示设备(12)；

机载航拍环境下，目标场景经过成像镜头组(1)后，可通过光线分束器及转动控制结构(2)将同一场景分成双路成像，在同步信号发生器(4)的控制下，第一图像传感器件(3)和第二图像传感器件(5)可得到同视场不同空间分辨率的图像，两路图像传感器经过模数转换器(6)将模拟图像信号转换为数字图像信号并输出；嵌入式图像处理与控制核心电路(7)可将接收到的两路信号分别缓存到输入存储单元(8)中，以对多幅输入的图像进行相位重建，并利用重建得到的多相组线性组合重建得到超分辨率的数字图像，将结果存入输出存储单元(9)中；原始图像序列和超分辨率的数字图像在嵌入式图像处理与控制核心电路(7)的控制下，可通过视频及超分辨率照片的无线传输电路(10)和无线链路(11)将图像数据输出给地面站信号接收及显示设备(12)，用于数据分析显示和进一步处理。

2.根据权利要求1所述的机载超分辨率图像重建装置，其特征在于，所述光线分束器及转动控制结构(2)包括：

光线分束器(2b)、转动控制连接件(2c)和机械卡口(2a)；其中，转动控制连接件(2c)可自由收起或放下光线分束器(2b)：当放下光线分束器时，机械卡口(2a)用于固定光线分束器(2b)，使其倾角成45度角，达到均匀分光的效果；当收起光线分束器时，光线分束器与第一图像传感器件(3)平行，使其倾角成90度角，光线全部照射到第二图像传感器件(5)上，以提高成像信噪比。

3.根据权利要求1所述的机载超分辨率图像重建装置，其特征在于，所述第一图像传感器件(3)和第二图像传感器件(5)具有相同靶面尺寸、不同空间分辨率，且第一图像传感器件(3)的分辨率低于第二图像传感器件(5)的分辨率；假设第一图像传感器件(3)的像元尺寸为c×c，第二图像传感器件(5)的像元尺寸为d×d，重建倍数为I，则其像元尺寸满足

4.根据权利要求1所述的机载超分辨率图像重建装置，其特征在于，在机载振动环境下，第一图像传感器件(3)和第二图像传感器件(5)可同时得到参考图像。

5.根据权利要求1所述的机载超分辨率图像重建装置，其特征在于，所述嵌入式图像处理与控制核心电路(7)包括：控制单元(7a)、分块单元(7b)、图像预处理单元(7c)、图像相位分解单元(7d)、超分辨率重建单元(7e)以及图像后处理单元(7f)；其中，

所述控制单元(7a)用于控制光线分束器收起和放下；

所述图像预处理单元(7c)对输入图像先做中值滤波处理，再完成图像的快速运动估计，估计精度为像素级；

所述分块单元(7b)可将完成初级处理的图像根据运动估计量，按匹配区域分块，并建立索引；

所述图像相位分解单元(7d)可对全部子块做相位分解，并按索引存入相应存储单元；

所述超分辨率重建单元(7e)对索引块建立超分辨率重建方程组，并求解方程组的最小二乘解；根据最小二乘解和索引块重建超分辨率图像的多相组，由相位合成得到超分辨率的初始估计图像，再根据图像盲卷积原理去除图像模糊获得超分辨率的最终图像；

所述图像后处理单元(7f)对得到的超分辨率的最终图像去噪和去模糊，并输出；

图像传感器可在控制单元(7a)的协调下，输出低分辨率图像序列；经图像预处理单元(7c)完成初级处理再输出给分块单元(7b)；由分块单元(7b)建立图像索引块输出给图像相位分解单元(7d)；由图像分解单元(7d)按索引块完成图像块的相位分解；由超分辨率重建单元(7e)对图像块分解相位合成得到超分辨率的初始估计图像；最终经图像后处理单元(7f)处理输出。