[发明专利]一种非干涉合成孔径超分辨成像重构方法

说明书

本发明提出了一种非干涉合成孔径超分辨成像重构方法：以圆形采样方案采集待测目标的低分辨率图像；对低分辨率图像进行配准和裁剪，随后对裁剪出来的方形图像进行去噪处理；将拍摄到的中心子孔径的低分辨率图像进行插值放大作为初始高分辨率图像；从高分辨率频谱上截取相应的子孔径，并用模拟退火算法校正当前子孔径的位置；利用基于自适应步长的最优化求解算法对当前子孔径的频谱和孔径函数进行更新，获得待测目标的高分辨率频谱信息。本发明使用圆形采样方案，显著提高了图像采集效率，在重构过程中使用模拟退火算法对子孔径的定位误差进行校正，使用最优化求解算法对子孔径进行更新，极大提高重构结果精度。

技术领域

本发明属于光学合成孔径成像技术，具体为一种非干涉合成孔径超分辨成像重构方法。

背景技术

随着光电成像和人工智能技术的迅猛发展，光电成像以其全天时工作、环境适应性强、作用距离远等优点在海、陆、空等多个领域取得广泛应用。然而对于传统的光学成像平台而言，成像系统的分辨率由于光学衍射极限的限制，最终受限于光学透镜孔径的大小，难以满足对远距离目标精准探测所需要的成像分辨率的需求。

为了提升传统光学系统的分辨能力，又同时避免使用昂贵的超大口径光学系统，国内外学者参考无线电成像中的合成孔径雷达技术，并将合成孔径技术应用于光学成像系统中([1]CN201010604667.4，多望远镜型光学合成孔径成像系统及其设计方法)。在很多地基天文望远镜和天基光学合成孔径验证系统中，都利用到了光学合成孔径成像技术。

在2013年，国外学者Guoan Zheng首次将“计算光学成像”中的相位恢复技术和合成孔径技术整合在一起，提出了傅里叶叠层成像技术，并在显微成像系统中加以应用([2]Zheng G,Horstmeyer R,Yang C.Wide-field,high-resolution Fourier ptychographicmicroscopy[J].Nature Photonics,2013,7(9):739-745.)。该技术通过用不同角度的入射光照明被测样品，在频谱上产生位置偏移，对高分辨率频谱进行扫描，最后利用重构算法将这些子孔径叠层拼接，突破光学衍射极限的限制，解决传统显微成像中的视场和分辨率之间的矛盾，提高成像系统的空间带宽积。在成像系统的改进方面，2016年国外学者Holloway将傅里叶叠层成像应用在远距离成像中，实现了宏观成像系统中的合成孔径超分辨成像([3]Holloway J,Asif M S,Sharma M K,et al.Toward long-distance subdiffractionimaging using coherent camera arrays[J].IEEE Transactions on ComputationalImaging,2016,2(3):251-265.)。与傅里叶叠层成像在显微成像领域的思路不同，该技术是通过二轴位移台来带动相机孔径在频谱面上做整体平移，从而完成对高分辨率频谱的扫描。但是在Holloway所提出的系统中，采用的子孔径采样方式仍为传统的方形采样阵列，这样使得系统的图像采集数量大大增多，成像效率低下，且在重构过程中未成像镜头的像差以及可能存在的子孔径定位误差进行校正，增加了系统搭建的难度，重构结果精度有限。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种非干涉合成孔径超分辨成像重构方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非干涉合成孔径超分辨成像重构方法，具体步骤为：

步骤1：以圆形采样方案采集待测目标的低分辨率图像；

步骤2：对低分辨率图像进行配准和裁剪，随后对裁剪出来的方形图像进行去噪处理；

步骤3：将拍摄到的中心子孔径的低分辨率图像进行插值放大作为初始高分辨率图像；

步骤4：从高分辨率频谱上截取相应的子孔径，并用模拟退火算法校正当前子孔径的位置；