[发明专利]一种机载超分辨率图像重建装置及重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空图像获取技术领域，特别涉及一种机载超分辨率图像重建装置及重建方法。

背景技术

由于现有一些设备成像能力的限制、复杂的航空环境等的影响，获得的图像或序列往往存在一定的降质或退化，如变形、模糊、含噪等。常用的改善图像质量的技术主要有：图像降噪、图像复原、图像增强、图像插值等图像处理技术，这些方法只能在一定程度上改善图像视觉效果，无法真正提高图像的分辨率。

目前，提高图像分辨率的直接方法有提高光学系统性能、提高CCD传感器密度、提高芯片尺寸等硬件性能，其共有的缺点是价格昂贵、体积和重量增加，在机载光电设备上应用尤其受限，因此研究机载超分辨率成像技术显得尤为重要。超分辨率图像重建的主要方法有：一种是基于图像插值的方式，该方式一般是将低分辨率图像序列投影到高分辨率图像网格，根据领域加权的方式重建网格上的高分辨率像素点信息；一种是基于多帧图像重建的方式，该方式首先根据参考图像估计其它图像的亚像素位移量，估计图像模糊因子，并建立超分辨率重建模型，根据先验约束通过迭代的方式求得最终高分辨率图像；一种是基于学习的超分辨率重建方式，该方式通过学习样本建立索引库，通过寻找相似索引块的方式重建高分辨率图像。

现有技术存在以下问题：

基于图像插值的方式只部分改善了图像视觉效果，容易产生“边缘模糊”和“棱效应”；基于多帧图像重建的方式，其重建效果严重依赖于运动估计精度，而现有的算法很难达到亚像素级估计精度，尤其是复杂航空环境下；基于学习的超分辨率重建方式，其硬件性能要求高，运算效率低，重建效果与学习样本息息相关。总之，上述方法目前还无法满足机载光电设备的需求。

发明内容

为了解决复杂航空环境下的超分辨率图像重建难题，本发明在研究现有算法基础上，提供了一种机载超分辨率图像重建装置及重建方法。

本发明的技术方案具体如下：

一种机载超分辨率图像重建装置，包括：传感器输入模块、图像处理及输出模块；其中，

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

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

机载航拍环境下，目标场景经过成像镜头组后，可通过光线分束器及转动控制结构将同一场景分成双路成像，在同步信号发生器的控制下，第一图像传感器件和第二图像传感器件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可将接收到的两路信号分别缓存到输入存储单元中，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的控制下，可通过视频及超分辨率照片的无线传输电路和无线链路将图像数据输出给地面站信号接收及显示设备，用于数据分析显示和进一步处理。

在上述技术方案中，所述光线分束器及转动控制结构包括：

光线分束器、转动控制连接件和机械卡口；其中，转动控制连接件可自由收起或放下光线分束器：当放下光线分束器时，机械卡口用于固定光线分束器，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上，以提高成像信噪比。

在上述技术方案中，所述第一图像传感器件和第二图像传感器件具有相同靶面尺寸、不同空间分辨率，且第一图像传感器件的分辨率低于第二图像传感器件的分辨率；假设第一图像传感器件的像元尺寸为c×c，第二图像传感器件的像元尺寸为d×d，重建倍数为I，则其像元尺寸满足

在上述技术方案中，在机载振动环境下，第一图像传感器件和第二图像传感器件可同时得到参考图像。

在上述技术方案中，所述嵌入式图像处理与控制核心电路包括：控制单元、分块单元、图像预处理单元、图像相位分解单元、超分辨率重建单元以及图像后处理单元；其中，

所述控制单元用于控制光线分束器收起和放下；

所述图像预处理单元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；