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如何在现有探测器基础上提升成像的空间分辨率是一个非常有意义的研究课题。微扫描技术与超分辨率重建技术都能在一定程度上实现这一目标。在红外成像领域,目前微扫描技术多是应用于中波面阵成像系统中,所起的作用在于间接提高探测器的空间采样频率,从而提升图像空间分辨率至光学衍射限附近,并未研究当光学衍射限成为成像分辨率关键限制因素时的成像性能。
本文探讨了在红外长波情况下微扫描技术和超分辨率技术相结合对突破成像空间分辨率光学衍射限约束的效果,设计并实现了基于长波红外线列的微扫描试验平台,提出了优化的自适应IBP算法,通过设计两种实验方案对比验证了算法效果,最后在实际外景成像中演示了使用这两种技术对图像空间分辨率的提升效果。具体而言包括以下研究内容:
1.探讨了微扫描的实现原理,实现方法以及线列探测器的微扫描解析重构方法;从理论上分析了采用微扫描技术和超分辨率算法相结合突破成像光学衍射限的可行性;给出了超分辨率处理问题的空域数学模型,讨论了与建模相关的图像配准技术,确定了在实验中采用的基于三层高斯金字塔模型的分层迭代Keren配准方法;在研究经典空域超分辨率重建算法的基础上,引入了基于Delaunay三角剖分的多帧插值算法;同时针对经典IBP算法的不足引入了对前后向投影因子的盲反卷积估计和维纳最优估计以及迭代因子的自适应调整,提出了自适应的IBP重建算法,重建图像相对经典IBP算法既抑制了振铃效应又增加了细节重建。
2.基于长波红外线列探测器,使用压电陶瓷驱动的微动偏转镜,设计相关电路实现了红外长波线列微扫描试验平台,实现了长波红外微扫描成像及算法重建的功能验证。
3.通过结合微扫描技术和超分辨率重建技术,在红外长波平台上实现了成像空间分辨率对光学衍射限地有效突破;并设计了两种测量图像等价MTF的实验方案对比验证了该结果;同时对外部场景的微扫描成像也表明了图像空间分辨率得到了提升,图像细节得到了有效重建。