[发明专利]基于压缩编码孔径的高分辨率相机成像方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩编码孔径的高分辨率相机成像方法，用于解决现有高分辨率成像方法成像分辨率较低的技术问题。技术方案是通过构建频域互补编码孔径光阑评价指标，利用模板序列进行选择、交叉、变异过程，寻找使评价指标最大的一组频域互补编码孔径模板集合，这些模板在频域之间相互互补，从而保证通过设计的不同编码孔径光阑拍摄的图像以保留场景中不同成分的高频细节信息，从而为细节信息恢复提供支撑。本发明通过优化设计一组频域互补的编码孔径组合替代传统光学系统孔径光阑处的单一高斯编码形式，不仅拓宽了相机孔径频谱范围，而且去除了编码孔径在频率响应的冗余信息，实现了在感知阶段的最大信息量图像获取，提高了图像成像分辨率。

技术领域

本发明涉及一种高分辨率成像方法，特别是涉及一种基于压缩编码孔径的高分辨率相机成像方法。

背景技术

在相机成像过程中，传统相机孔径形成的点扩散函数一般为类高斯型，其在频率域表现为高频分量丢失且含有较多频域为零的点。场景信息通过孔径入射到探测器上，由于孔径频域低通特性，场景中的高频信息会被滤除，导致获取图像细节分辨能力降低。而仅通过后端重建方法恢复捕获图像阶段损失的高频信息往往会在重建图像中注入不真实信息，甚至导致信息混淆等重建误差。因而对相机孔径光阑进行有效设计，并设计有效的重建方法，通过计算成像手段恢复场景更多高频细节信息是十分有必要的。现在主流的相机编码孔径设计主要通过随机或主观判断获取相对较优的编码孔径模板，拓宽滤波器频谱范围，然而通过随机或主观判断设计的编码孔径的频域响应存在较多冗余信息，没有考虑相互之间的频率互补性，无法最大化场景高频信息的保留能力。另外，通过外部字典稀疏表示进行图像重建通常需要大量外部数据训练字典，且没有考虑图像内部及编码序列图像之间的相关信息，导致重建精度降低。

文献“Robust All-in-focus Super-Resolution for Focal Stack Photography[J].IEEE Transactions on Image Processing,2016:1-1.”公开了一种基于焦点堆栈的全聚焦高分辨成像方法。该方法基于后端的数据需求，提出利用不同大小相机孔径频域间的互补信息获取场景序列图像，在后端重建图像的过程中，利用三次插值参数化模糊核投影，并应用randon变换重建任意深度的散焦模糊核，同时使用了L1范数抑制噪声，对序列图像进行高分辨率图像重建，有效提升了图像分辨率。文献方法相比传统单一相机孔径虽然可以保留场景中更丰富的高频信息，但不同大小孔径对场景信息频谱响应存在较大冗余性，无法保留更多场景高频细节信息，且该方法在后端重建过程中没有考虑序列图像之间及自身内部的非局部相似特性，导致场景中的高频细节信息丢失，成像图像分辨率较低。

发明内容

为了克服现有高分辨率成像方法成像分辨率较低的不足，本发明提供一种基于压缩编码孔径的高分辨率相机成像方法。该方法通过构建频域互补编码孔径光阑评价指标，利用模板序列进行选择、交叉、变异过程，寻找使评价指标最大的一组频域互补编码孔径模板集合，这些模板在频域之间相互互补，从而保证通过设计的不同编码孔径光阑拍摄的图像以保留场景中不同成分的高频细节信息，不同图像序列包含的细节信息相互互补，从而为细节信息恢复提供支撑。本发明通过优化设计一组频域互补的编码孔径组合替代传统光学系统孔径光阑处的单一高斯编码形式，不仅拓宽了相机孔径频谱范围，而且去除了编码孔径在频率响应的冗余信息，实现了在感知阶段的最大信息量图像获取。充分利用不同编码图像之间及图像内部块的相关性，建立后端高分辨率图像自相似重建模型，提高了重建精度。突破了物理成像在分辨率等方面的局限性，提高了图像成像分辨率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于压缩编码孔径的高分辨率相机成像方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、编码孔径模板设计。