张文雪 1,2,3,4罗一涵 1,2,3,4,*刘雅卿 1,2,3夏诗烨 1,2,3赵开元 1,2,3,4
1 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光束控制重点实验室，四川 成都 610209
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
4 中国科学院大学，北京 100049
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超分辨率重建 亚像素 图像处理 微扫描 super-resolution reconstruction subpixel image processing micro-scanning 马一哲 1,2,3王世勇 1,2,3雷腾 1,2,3李博翰 1,2,3李范鸣 1,2,3,*
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术实验室，上海 20008
分焦平面偏振探测系统受其探测器结构的影响，成像分辨率低于探测器实际分辨率，本文在不改变光学系统结构下使用微扫描获取亚像元微位移帧序列，提出一种改进的凸集投影(Projection On Convex Sets, POCS)算法用于提升偏振成像系统的成像分辨率。该算法首先对获取到的偏振微扫描图像序列进行检偏角分离，将同组检偏角图像序列作为输入，其次进行位移匹配与凸集投影迭代初步重建高分辨率图像，然后将图像分组进行滑动窗口非邻域聚类，利用主成分分析将聚类后的图像进行降维，最后将每一维信息视为时间采样函数，在小波域进行软阈值降噪。实验表明，本算法可以有效的提高传统POCS算法的抗噪性能，提高分焦平面偏振探测系统的成像分辨率，和同类算法相比结构相似性系数提升0.02，峰值信噪比提升约1 dB，并且拥有更高的噪声鲁棒性。
偏振 图像超分辨率重建 凸集投影 微扫描 polarization super-resolution image reconstruction POCS micro-scanning 光学 精密工程
2023, 31(16): 2418
1 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津
2 中国电子科技集团公司光电研究院, 天津
对微扫描成像技术的研究现状进行了分析, 建立了红外成像系统模型, 分析了微扫描成像技术的技术原理, 对其超分辨能力理论仿真分析, 并通过实际红外微扫描成像系统对超分辨率效果进行验证, 并对成像结果进行了分析和评价。
微扫描 超分辨率 信息熵 质量评价 micro-scanning super-resolution information entropy quality evaluation
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，上海 200092
3 上海航天控制技术研究所，上海 201109
4 北京空间机电研究所，北京 100190
为了弥补分焦平面偏振成像技术在测量过程存在瞬时视场误差且图像分辨率降低的缺陷，将微扫描技术与分焦平面偏振成像系统相结合，研制了一款基于透镜微扫描的红外偏振成像光学系统，系统波长为3~5 μm、F数为2、光学视场角为±2°。采用折反式光学结构，将后透镜组中最后一片透镜作为微扫描透镜，实现了2×2模式的正交位移。完成了公差分析和结构设计，分析了微扫描透镜的同轴度、位置度、扫描位移等对成像质量的影响规律，获得了各视场调制传递函数均高于0.47@17 lp/mm的设计结果。利用研制的系统进行了偏振成像实验，结果表明，红外偏振成像提高了图像的对比度，目标轮廓更清晰，且对不同材质目标的识别能力更强。
红外偏振 光学系统 微扫描透镜 折反式 大容差 Infrared polarization Optical system Micro-scanning lens Catadioptric system Big tolerance
燕山大学 信息科学与工程学院, 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
显微热成像技术根据温度变化对细微目标进行热成像, 是国内外光电成像领域重要的研究方向。由于加工技术精度有限, 前期研制的光学微扫描显微热成像系统存在扫描位置误差, 该误差使基于微扫描图像直接融合形成的图像质量下降。提出一种结合图像预处理思想、微扫描原理和通过计算像素相关度进行微扫描图像插值重建的算法。仿真及实验表明: 方法能改善图像重构质量, 提高系统的空间分辨力,还可应用于其他带有微扫描的光电成像系统以提高其系统性能。
显微热成像系统 微扫描 图像预处理 像素相关度 高分辨力重建 thermal microscope imaging system micro-scanning image pre-processing pixel-correlation high-resolution reconstruction
燕山大学 信息科学与工程学院 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
显微热成像系统可观测、记录分析细微目标的温度变化过程, 在需要细微热分析的诸多方面有着广泛的发展前景。由于设备加工及工作过程中存在误差, 影响微扫描系统的精度, 使得微扫描系统扫描过程中偏离标准位置, 故采集得到的四幅低分辨力图像会存在误差, 最终影响显微热成像系统高分辨力图像的重建质量。为尽可能降低微扫描误差, 文章提出了基于局部梯度插值与预处理相结合的微扫描误差修正技术, 通过进行模拟仿真和实验证实该技术可以降低系统微扫描误差, 提高系统的空间分辨力。
显微热成像系统 微扫描 微扫描误差 空间分辨力 thermal microscope imaging system micro-scanning micro-scanning error spatial resolution
光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
超分辨率重建, 就是从单帧或者序列低分辨率图像中, 估计出接近原始高分辨率图像的过程。首先介绍了微扫描超分技术原理, 给出了四幅通过微扫描超分相机拍摄的低分辨率图像, 之后介绍了基于序列图像重建的超分辨率重建算法POCS(凸集投影法, projections onto convex set, 简称POCS), 给出了算法的重构图像及细节对比。
微扫描 超分辨率 图像重建 micro-scanning super-resolution image reconstruction POCS projections onto convex set (POCS)
燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室， 河北 秦皇岛 066004
显微热成像系统可对物体细微温度分布进行显微检测。研制了光学微扫描显微热成像系统，但机械振动、机械加工等产生的误差会导致微扫描系统产生误差，由微扫描系统采集的4幅低分辨率图像的微位移位置不是标准的正方形，使得由这些带有误差的图像直接插值得到的图像重建质量下降，因此需降低微扫描系统的误差。基于微扫描原理和图像插值方法，提出一种由非标准2×2微扫描图像获得标准2×2微扫描图像的微扫描误差修正方法。仿真和实验结果表明，所提方法能有效减小微扫描误差，进而提高光学微扫描显微热成像系统的空间分辨率。所提方法还可以应用到其他光电成像系统中，以提高系统空间分辨率。
图像处理 显微热成像系统 过采样重构 空间分辨率 光学微扫描 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051103
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
单片凸透镜由于存在较大像差, 在实际应用中难以单独成像, 相对孔径越大, 单片凸透镜的成像质量越差, 通常使用多片透镜以进行像差校正。针对单凸透镜成像质量差的的问题, 提出了采用液晶空间光调制器和微扫描光楔实现单片凸透镜的高分辨成像。采用Zygo干涉仪测量单透镜波前, 结合Zemax软件模拟得到经单透镜后的畸变波前, 利用泽尼克多项式描述畸变波前, 并绘制对应共轭波前的灰度图加载于液晶空间光调制器上, 校正波像差; 通过旋转楔角为21″的光楔进行2×2微扫描, 将四幅低分辨率图像经过Keren 配准后以结构适应的归一化卷积法合成为一幅高分辨率图像。实验结果表明, 图像分辨率MTF50达到1 348 LW/PH, 成像质量明显提高。
液晶空间光调制器 微扫描光楔 波前校正 高分辨重构 liquid crystal spatial light modulator micro scanning optical wedge wavefront correction high resolution reconstruction 红外与激光工程
2017, 46(11): 1118001
重庆邮电大学 信号与信息处理重庆市重点实验室, 重庆 400065
为了满足高分辨率红外成像的应用需求, 设计了一种基于微扫描的红外超分辨率成像系统。该系统利用压电陶瓷驱动红外焦平面阵列实现微扫描, 利用CPLD产生压电陶瓷和红外信号的驱动时序, 利用高性能DSP进行实时图像数据的处理, 并将处理后的图像送到LCD进行显示。实验结果表明, 该微扫描成像系统能够实现2×2微扫描方式的超分辨率成像, 有效地突破了红外焦平面阵列单元个数对现有成像系统的分辨率的限制。
红外成像 微扫描 超分辨率 压电陶瓷 红外焦平面阵列 infrared imaging micro-scanning super-resolution PZT IRFPA
