[发明专利]一种光学合成孔径动态变阵成像系统及成像方法

说明书

本发明涉及一种光学合成孔径动态变阵成像系统及成像方法，该成像系统包括：多帧图像采集模块和图像复原模块，其中，多帧图像采集模块包括依次连接的光学合成孔径动态变阵和探测器，其中，光学合成孔径动态变阵包括若干子孔径，若干子孔径形成基线呈X型的孔径阵列，利用孔径阵列的旋转以及基线伸缩的动态变阵方式，以实现探测器对待测物的多帧图像采集；图像复原模块利用训练完成深度学习模型对多帧图像进行复原得到复原图像。本发明的成像系统，设置有光学合成孔径动态变阵，通过旋转伸缩的变阵方式用小孔径稀疏系统实现等效打大孔径的成像效果，并通过深度学习算法对系统产生的多帧观测图像组进行复原，以此实现高分辨成像。

技术领域

本发明属于光学合成孔径成像领域，具体涉及一种光学合成孔径动态变阵成像系统及成像方法。

背景技术

光学遥感技术正朝着高空间、高光谱和高时间分辨率方向发展，高空间分辨率成像技术广泛的应用于军事侦察、资源勘查、天文观测中等领域。由于衍射极限的限制，若要提高系统的角分辨率，只能增加系统孔径，口径增大必然导致系统的体积和质量增加，给空基光学系统的发射带来困难，因此光学合成孔径应运而生。

光学合成孔径通过若干子孔径按一定方式排列，满足相位同步条件下，在焦平面上实现干涉成像，从而达到等效大口径望远镜分辨率。但由于光学合成孔径系统的通光面积只是等效单孔径系统的部分填充，对空间频率中低部分的响应降低或产生混叠与抑制，不可避免地造成图像对比度降低，产生模糊降质现象，不同的子孔径排列其成像效果也不同，因此需要对系统直接获得的图像进行图像复原以得到高分辨率遥感图像。

目前提高分辨率的方式主要有两种，一种是优化孔径结构提高成像效果，一种是改进复原算法。现有的子孔径优化大多数都是对环形或Golay型的优化或重新排布，研究的系统孔径都较小，填充比较高，难以满足空间观测的要求。现有的针对光学合成孔径的复原算法都是传统算法，都是站在一个相对简单合理的假设的角度下，根据图像退化模型建立相应的恢复模型，然后进行迭代反演。大部分的退化模型基本包含原始图像和退化系统的系统传递函数的卷积项，但是解卷积理论上是一个病态问题，容易出现解不稳定的情况。如果根据专家先验知识对迭代过程进行正则化约束，则会提高算法的复杂度，降低复原效率。另外也存在约束条件复杂、算法复杂度相对较高等问题，难以实现对各种场景的快速复原工作；而且针对多帧复原的算法也较少，或计算复杂，或先验条件严苛，缺少通用性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种光学合成孔径动态变阵成像系统及成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种光学合成孔径动态变阵成像系统，包括：多帧图像采集模块和图像复原模块，其中，

所述多帧图像采集模块包括依次连接的光学合成孔径动态变阵和探测器，其中，所述光学合成孔径动态变阵包括若干子孔径，若干所述子孔径形成基线呈X型的孔径阵列，利用所述孔径阵列的旋转以及基线伸缩的动态变阵方式，以实现所述探测器对待测物的多帧图像采集；

所述图像复原模块利用训练完成深度学习模型对所述多帧图像进行复原得到复原图像。

在本发明的一个实施例中，所述基线为所述孔径阵列的外接圆的圆心与所述子孔径的圆心之间的连线。

在本发明的一个实施例中，所述孔径阵列为基线呈X型的四孔径阵列，在动态变阵过程中，所述四孔径阵列的外接圆的直径不超过1m。

在本发明的一个实施例中，所述子孔径的直径50-100mm；所述孔径阵列形成的X型基线的角度范围为π/8-π/2；在动态变阵过程中，所述孔径阵列在0～2π的角度范围内旋转，旋转角度为π/8-π/2。

在本发明的一个实施例中，在动态变阵过程中，所述基线的伸缩步长为40mm-70mm。

在本发明的一个实施例中，所述孔径阵列形成的X型基线为非对称式，其中，较长基线与较短基线之间的差值与所述子孔径的直径相等。