一种提高空间采样频率成像装置和方法

技术领域

本发明涉及一种提高空间采样频率成像装置和方法，属于摄影测量学领域。

背景技术

纳米光刻技术决定了成像传感器的图像分辨率不能无限增加。成像传感器的空间采样频率难以突破图像分辨率的限制，无法满足视觉测量精度要求更高的需求。而目前极限分辨率的成像传感器采样数据体量大，对于空间采样频率要求不高的成像对象造成了信息的冗余和后期处理的繁琐。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种提高空间采样频率成像装置和方法，用以解决上述存在的问题。

本发明一种提高空间采样频率成像装置予以实现的技术方案是：该装置包括硅基液晶阵列、中继透镜，CCD、压电位移台和处理器；所述的硅基液晶阵列上的晶元按N×N进行分组；成像光线传播到所述的硅基液晶阵列后，每组晶元按先行后列的时间序列依次将光线透射；所述的中继透镜将所述的硅基液晶阵列成像到CCD，并保证N×N个晶元组与所述CCD像元相对应；所述CCD像元曝光N×N次，每次接收来自N×N个晶元组中的一个晶元的透射光线；所述处理器接收所述CCD的图像，控制所述硅基液晶阵列每个晶元的透光率和所述压电位移台在x、y、z三轴方向的位移变化，并合成提高了空间分辨率的最终图像。

本发明提出的一种提高空间采样频率成像方法，是利用上述提高空间采样频率成像装置，并按照以下步骤：

步骤一、所述处理器控制所述的硅基液晶阵列上的所有晶元透射率为1，所述CCD一次曝光采集低采样率场景图。

步骤二、所述处理器处理低采样率场景图，划定感兴趣区域及给定区域内目标的提高空间采样系数N。

步骤三、所述处理器控制所述压电位移台相对所述中继透镜在z轴方向的位置，实现在感兴趣区域内CCD单像元与N×N晶元组的对应成像。

步骤四、所述处理器控制所述硅基液晶阵列每组晶元按先行后列的时间序列依次开启每组第(i,j)个晶元透射光线，1≤i≤N和1≤j≤N。

步骤五、所述CCD曝光N×N次，第[(j-1)N+i]次曝光中，CCD像元接收来自各晶元组中的第(i,j)个晶元的成像光线，采集图像I

步骤六、当所述硅基液晶阵列的晶元组不够覆盖感兴趣区域内像元时，所述处理器控制所述压电位移台在x和y轴方向移动到新位置，重复进行步骤三、四、五，直到感兴趣区域内像元都采集了N×N个数据。

步骤七、所述处理器将N×N次采集图像插值排列，合成最终图像I

其中，Q

可见，经过步骤一、二、三、四、五、六、七，能够实现提高空间采样频率成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的提高空间采样频率成像装置和方法，采用硅基液晶阵列结构，实现了二维空间图像编码，用多次曝光换取空间采样频率的提高。与现有技术相比，本发明提供的提高空间采样频率成像方法突破了成像传感器的图像分辨率的限制。针对感兴趣区域内目标提高空间采样频率的方式，大幅降低了图像数据的冗余。

附图说明

图1为本发明提供的提高空间采样频率成像装置结构图；

图2为本发明晶元次序透光示意图。

图中：1-硅基液晶阵列，2-中继透镜，3-CCD，4-压电位移台，5-处理器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明一种提高空间采样频率成像装置，包括硅基液晶阵列1、中继透镜2，CCD3、压电位移台4和处理器5；所述的硅基液晶阵列1上的晶元按N×N进行分组；成像光线传播到所述的硅基液晶阵列1后，每组晶元按先行后列的时间序列依次将光线透射；所述的中继透镜2将所述的硅基液晶阵列1成像到CCD3，并保证N×N个晶元组与所述CCD3像元相对应；所述CCD3像元曝光N×N次，每次接收来自N×N个晶元组中的一个晶元的透射光线；所述处理器5接收所述CCD的图像，控制所述硅基液晶阵列1每个晶元的透光率和所述压电位移台4在x、y、z三轴方向的位移变化，并合成提高了空间分辨率的最终图像。

本发明提出的一种提高空间采样频率成像方法，是利用上述提高空间采样频率成像装置，并按照以下步骤：

步骤一、所述处理器5控制所述的硅基液晶阵列1上的所有晶元透射率为1，所述CCD3一次曝光采集低采样率场景图。

步骤二、所述处理器5处理低采样率场景图，划定感兴趣区域及给定区域内目标的提高空间采样系数N。

步骤三、所述处理器5控制所述压电位移台4相对所述中继透镜2在z轴方向的位置，实现在感兴趣区域内CCD3单像元与N×N晶元组的对应成像。

步骤四、如图2所示，所述处理器5控制所述硅基液晶阵列1每组晶元按先行后列的时间序列依次开启每组第(i,j)个晶元透射光线，1≤i≤N和1≤j≤N。

步骤五、所述CCD3曝光N×N次，第[(j-1)N+i]次曝光中，CCD3像元接收来自各晶元组中的第(i,j)个晶元的成像光线，采集图像I

步骤六、当所述硅基液晶阵列1的晶元组不够覆盖感兴趣区域内像元时，所述处理器5控制所述压电位移台4在x和y轴方向移动到新位置，重复进行步骤三、四、五，直到感兴趣区域内像元都采集了N×N个数据。

步骤七、所述处理器5将N×N次采集图像插值排列，合成最终图像I

其中，Q

可见，经过步骤一、二、三、四、五、六、七，能够实现提高空间采样频率成像。

实施例：

下面以站位4个像元的三角形的成像为例对本发明做进一步详细说明：

在低采样率场景图中，三角形站位4个像元，无法识别其形状特征；经感兴趣区域划定2×2的范围为感兴趣区域，根据灰度变化的单调一致性选取提高空间采样系数N＝3。

所述处理器5控制所述压电位移台4相对所述中继透镜2在z轴方向的位置，实现在感兴趣区域内这四个像元各自与一组3×3晶元组的对应成像。

选择分辨率为720×1080的CCD，即p＝1080，q＝720，所述CCD3曝光3×3次得到图像I

将以上九幅图像矩阵带入

便得到了最终图像矩阵I

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本发明中，划定感兴趣区域，单像元与N×N晶元组的对应成像的方法属于本领域内公知常识，在此不再赘述。本发明可依据需求设置N和选取不同分辨率的CCD，不受限于此实施例。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。