本發(fā)明涉及紅外成像及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法。

背景技術(shù)：

紅外成像技術(shù)是目前對(duì)各軍兵種都非常有用的新型高科技，具有極強(qiáng)抗干擾能力，而且在作戰(zhàn)中不會(huì)產(chǎn)生各種輻射，隱蔽性好且生存能力強(qiáng)。由于其特定的優(yōu)勢(shì)，紅外成像技術(shù)在軍事作戰(zhàn)中將發(fā)揮非常巨大的作用。

當(dāng)前由于紅外焦平面陣列制作工藝及量子效率等問(wèn)題，高密度、小像素尺寸的紅外焦平面器件的制作尚存在一定困難，而且價(jià)格昂貴，因此針對(duì)線陣紅外探測(cè)器掃描成像，提出一種電子放大方法，有效提高圖像的細(xì)節(jié)分辨率。

傳統(tǒng)提高線陣紅外圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法是在水平方向提高光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度，通過(guò)在單位時(shí)間內(nèi)增加采樣點(diǎn)的方法來(lái)提高圖像分辨率，但此方法未考慮線陣紅外探測(cè)器能否清晰成像以及輸出圖像的幀頻問(wèn)題。

舉例說(shuō)明：目前288×4線陣紅外探測(cè)器掃描成像，輸出圖像幀頻為50hz。對(duì)于288×4長(zhǎng)波紅外探測(cè)器而言，采用tdi(延時(shí)積分)的工作模式。288×4長(zhǎng)波紅外探測(cè)器水平方向上的4個(gè)像元就有一個(gè)tdi階段，每個(gè)光伏管的輸出分別送到它們相應(yīng)的tdi階段；對(duì)于288×4長(zhǎng)波紅外探測(cè)器而言，tdi相當(dāng)于一個(gè)10級(jí)寄存器，對(duì)前三個(gè)像元分別有三級(jí)寄存器與之相對(duì)應(yīng)，最后一個(gè)像元有一級(jí)寄存器與之相對(duì)應(yīng)。這就要求外同步信號(hào)，以及掃描速度必須同探測(cè)器的列頻率嚴(yán)格同步，才能使空間位置完全對(duì)準(zhǔn)。像元空間位置匹配與像元排序技術(shù)是線陣紅外傳感器能否成清晰圖像的關(guān)鍵。若提高掃描速度ν，列頻率不能嚴(yán)格同步，會(huì)導(dǎo)致線陣紅外探測(cè)器成像模糊；掃描速度提高，則列周期t列減小，從而導(dǎo)致輸出圖像的幀頻增大。目前采用的tdi模式，288×4線陣紅外探測(cè)器掃描成像輸出圖像的頻率為50hz，為紅外圖像的標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸出?，F(xiàn)有成像機(jī)制和技術(shù)條件下，輸出圖像的幀頻已無(wú)法提高且即使提高也不滿足標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸出要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中輸出圖像的幀頻已無(wú)法提高且即使提高也不滿足標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻輸出要求的缺陷，提供一種提高線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種提高線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法，包括相互連接的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)掃描擺鏡和線陣紅外探測(cè)器，待測(cè)物的紅外輻射經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)投射到光學(xué)掃描擺鏡上，光學(xué)掃描擺鏡按照一定頻率進(jìn)行往返擺動(dòng)，將待測(cè)物的全視場(chǎng)連續(xù)分解掃描，投射在線陣紅外探測(cè)器上，該方法包括以下步驟：

s1、獲取紅外圖像，對(duì)其進(jìn)行電子放大得到放大圖像，根據(jù)放大圖像確定光學(xué)系統(tǒng)的水平有效視場(chǎng)，進(jìn)而計(jì)算光學(xué)掃描擺鏡的相應(yīng)掃描范圍；

s2、根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描范圍，結(jié)合紅外圖像對(duì)應(yīng)的掃描場(chǎng)頻，計(jì)算得到光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度；

s3、根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度計(jì)算線陣紅外探測(cè)器的列周期，根據(jù)列周期控制光學(xué)掃描擺鏡進(jìn)行奇偶場(chǎng)交替掃描，并將掃描得到的圖像在延時(shí)積分成像機(jī)制下進(jìn)行合成，得到水平細(xì)節(jié)分辨率提高后的圖像。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s1中對(duì)紅外圖像進(jìn)行電子放大的放大倍數(shù)為2倍。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s1中光學(xué)掃描擺鏡掃描范圍的計(jì)算方法為：

紅外圖像的像素為a×b，紅外圖像對(duì)應(yīng)的水平有效視場(chǎng)為fov，紅外圖像對(duì)應(yīng)的掃描范圍為a；

根據(jù)水平像素與水平有效視場(chǎng)成正比，且水平有效視場(chǎng)與掃描范圍成正比，得到：

放大圖像的水平有效視場(chǎng)為fov/2，放大圖像對(duì)應(yīng)的掃描范圍為a/2。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s2中光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度的計(jì)算方法為：

紅外圖像的像素為a×b，掃描范圍為a，掃描場(chǎng)頻為f場(chǎng)，光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度為：v0＝a*f場(chǎng)；

放大圖像的掃描范圍為a/2，保持光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度不變，即：v1＝v0＝(a/2)*2f場(chǎng)，此時(shí)放大圖像的掃描場(chǎng)頻為2f場(chǎng)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s3中計(jì)算列周期，進(jìn)行奇偶場(chǎng)掃描及圖像合成的方法為：

s31、根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度計(jì)算線陣紅外探測(cè)器的列周期，計(jì)算公式為：

其中，s為線陣紅外探測(cè)器相鄰光敏元的水平中心間距，n為線陣紅外探測(cè)器水平方向掃描時(shí)從一個(gè)光敏元移動(dòng)到另一個(gè)相鄰光敏元所需的積分周期數(shù)，f為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，t列為線陣紅外探測(cè)器的掃描列周期；

s32、在相同時(shí)間內(nèi)掃描奇偶兩場(chǎng)圖像并進(jìn)行合成。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟s32中掃描奇偶兩場(chǎng)圖像并進(jìn)行合成的方法為：

奇場(chǎng)圖像從第1個(gè)像素開(kāi)始采樣圖像數(shù)據(jù)，間隔時(shí)間t列后采樣第2個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)；偶場(chǎng)圖像從第1.5個(gè)像素開(kāi)始采樣圖像數(shù)據(jù)，間隔時(shí)間t列后采樣第2.5個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)，將兩場(chǎng)圖像合成后得到采樣點(diǎn)增大一倍的合成圖像。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的提高線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法，根據(jù)線陣紅外探測(cè)器掃描成像的特點(diǎn)，在光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度不變的情況下，通過(guò)奇偶場(chǎng)交替掃描和圖像合成的方法，提高了線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率；在實(shí)現(xiàn)線陣紅外電子放大的過(guò)程中光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度不變，提高了線陣紅外成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性；提升線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的同時(shí)，圖像幀頻不變，有效保證了圖像的視覺(jué)效果。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是線陣紅外探測(cè)器工作原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的線陣紅外圖像像素示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的線陣紅外探測(cè)器光敏元示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的線陣紅外探測(cè)器奇偶場(chǎng)交替掃描及圖像合成示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，線陣紅外探測(cè)器成像工作原理為：景物的紅外輻射經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)投射到光學(xué)掃描擺鏡上。當(dāng)光學(xué)掃描擺鏡由掃描電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)并按一定的規(guī)律往返擺動(dòng)時(shí)，將景物的全視場(chǎng)連續(xù)分解掃描，并通過(guò)成像在探測(cè)器的光敏面上，使紅外探測(cè)器小的瞬時(shí)視場(chǎng)與成像系統(tǒng)大的視場(chǎng)匹配起來(lái)，完成一維光機(jī)掃描。線陣紅外探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)ad轉(zhuǎn)換、合成排序、非均勻性校正、增益控制、視頻合成等輸出紅外圖像。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的提高線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法，包括相互連接的光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)掃描擺鏡和線陣紅外探測(cè)器，待測(cè)物的紅外輻射經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)投射到光學(xué)掃描擺鏡上，光學(xué)掃描擺鏡按照一定頻率進(jìn)行往返擺動(dòng)，將待測(cè)物的全視場(chǎng)連續(xù)分解掃描，投射在線陣紅外探測(cè)器上，該方法包括以下步驟：

s1、通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)獲取紅外圖像，對(duì)其進(jìn)行電子放大得到放大圖像，根據(jù)放大圖像確定光學(xué)系統(tǒng)的水平有效視場(chǎng)，進(jìn)而計(jì)算光學(xué)掃描擺鏡的相應(yīng)掃描范圍；

s2、根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描范圍，結(jié)合紅外圖像對(duì)應(yīng)的掃描場(chǎng)頻，計(jì)算得到光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度；

s3、根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度計(jì)算線陣紅外探測(cè)器的列周期，根據(jù)列周期控制光學(xué)掃描擺鏡進(jìn)行奇偶場(chǎng)交替掃描，并將掃描得到的圖像在延時(shí)積分成像機(jī)制下進(jìn)行合成，得到水平細(xì)節(jié)分辨率提高后的圖像。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，對(duì)紅外圖像進(jìn)行電子放大的放大倍數(shù)為2倍。此時(shí)，步驟s1中光學(xué)掃描擺鏡掃描范圍的計(jì)算方法為：

紅外圖像的像素為a×b，紅外圖像對(duì)應(yīng)的水平有效視場(chǎng)為fov，紅外圖像對(duì)應(yīng)的掃描范圍為a；

根據(jù)水平像素與水平有效視場(chǎng)成正比，且水平有效視場(chǎng)與掃描范圍成正比，得到：

放大圖像的水平有效視場(chǎng)為fov/2，放大圖像對(duì)應(yīng)的掃描范圍為a/2。

步驟s2中光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度的計(jì)算方法為：

紅外圖像的像素為a×b，掃描范圍為a，掃描場(chǎng)頻為f場(chǎng)，光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度為：v0＝a*f場(chǎng)；

放大圖像的掃描范圍為a/2，保持光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度不變，即：v1＝v0＝(a/2)*2f場(chǎng)，此時(shí)放大圖像的掃描場(chǎng)頻為2f場(chǎng)。

步驟s3中計(jì)算列周期，進(jìn)行奇偶場(chǎng)掃描及圖像合成的方法為：

s31、根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度計(jì)算線陣紅外探測(cè)器的列周期，計(jì)算公式為：

其中，如圖3所示，s為線陣紅外探測(cè)器相鄰光敏元的水平中心間距，n為線陣紅外探測(cè)器水平方向掃描時(shí)從一個(gè)光敏元移動(dòng)到另一個(gè)相鄰光敏元所需的積分周期數(shù)，f為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，t列為線陣紅外探測(cè)器的掃描列周期；

s32、在相同時(shí)間內(nèi)掃描奇偶兩場(chǎng)圖像并進(jìn)行合成。

步驟s32中掃描奇偶兩場(chǎng)圖像并進(jìn)行合成的方法為：

奇場(chǎng)圖像從第1個(gè)像素開(kāi)始采樣圖像數(shù)據(jù)，間隔時(shí)間t列后采樣第2個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)；偶場(chǎng)圖像從第1.5個(gè)像素開(kāi)始采樣圖像數(shù)據(jù)，間隔時(shí)間t列后采樣第2.5個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)，將兩場(chǎng)圖像合成后得到采樣點(diǎn)增大一倍的合成圖像。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中，提高線陣紅外電子放大圖像水平細(xì)節(jié)分辨率的方法，其主要包含以下幾個(gè)步驟：

(1)根據(jù)電子放大圖像確定光學(xué)系統(tǒng)的水平有效視場(chǎng)，從而計(jì)算出光學(xué)掃描擺鏡的相應(yīng)掃描范圍；

(2)根據(jù)光學(xué)掃描擺鏡的掃描范圍，結(jié)合圖像掃描場(chǎng)頻，計(jì)算出光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度；

(3)由光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度得出線陣紅外探測(cè)器的列周期，采用奇偶場(chǎng)交替掃描后再合成圖像的方法，保證線陣紅外探測(cè)器在tdi成像機(jī)制下仍能清晰成像且通過(guò)電子放大提高了圖像水平細(xì)節(jié)分辨率。

在步驟(1)中的光學(xué)掃描擺鏡掃描范圍的計(jì)算方法為：

設(shè)線陣紅外圖像像素為a×b，光學(xué)系統(tǒng)的水平有效視場(chǎng)為，對(duì)應(yīng)光學(xué)掃描擺鏡的掃描范圍為a；則當(dāng)對(duì)線陣紅外圖像采取電子放大(2×)時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)的水平有效視場(chǎng)為，對(duì)應(yīng)光學(xué)掃描擺鏡的掃描范圍為a/2，如圖2所示。

在步驟(2)中的光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度的計(jì)算方法為：

設(shè)圖像掃描場(chǎng)頻為f場(chǎng)，當(dāng)采集像素為a×b原始紅外圖像時(shí)，光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度為v0＝a*f場(chǎng)；當(dāng)對(duì)線陣紅外圖像電子放大(2×)時(shí)，光學(xué)掃描擺鏡的掃描范圍為a/2，若要保持光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度不變即v1＝v0＝(a/2)*2f場(chǎng)(式1)，則此時(shí)圖像掃描場(chǎng)頻為2f場(chǎng)。

在步驟(3)中線陣紅外探測(cè)器的列周期計(jì)算、奇偶場(chǎng)交替掃描及圖像合成的方法為：

(3.1)線陣紅外探測(cè)器的掃描速度，即光學(xué)掃描擺鏡的掃描速度：

其中s為線陣紅外探測(cè)器相鄰光敏元的水平中心間距，n為線陣紅外探測(cè)器水平方向掃描時(shí)從一個(gè)光敏元移動(dòng)到另一個(gè)相鄰光敏元所需的積分周期數(shù)，f為光學(xué)系統(tǒng)的焦距，t列為線陣紅外探測(cè)器的掃描列周期。當(dāng)采集像素為a×b的原始紅外圖像時(shí)，線陣紅外探測(cè)器的掃描列周期為t列0；當(dāng)對(duì)線陣紅外圖像電子放大(2×)時(shí)，由式(1)、式(2)可得此時(shí)線陣紅外探測(cè)器的掃描列周期t列1＝t列0。

(3.2)線陣紅外探測(cè)器奇偶場(chǎng)交替掃描和圖像合成的方法如下：當(dāng)對(duì)線陣紅外圖像電子放大(2×)時(shí)，圖像掃描場(chǎng)頻由原始圖像時(shí)的f場(chǎng)變?yōu)?f場(chǎng)，即在相同時(shí)間內(nèi)可以掃描兩場(chǎng)圖像進(jìn)行合成處理，以提高圖像的水平細(xì)節(jié)分辨率。如圖4所示，第一場(chǎng)圖像從第1個(gè)像素開(kāi)始采樣圖像數(shù)據(jù)，間隔時(shí)間t列后采樣第2個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)；第二場(chǎng)圖像從第1.5個(gè)像素開(kāi)始采樣圖像數(shù)據(jù)，間隔時(shí)間t列后采樣第2.5個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)。將兩場(chǎng)圖像合成后可看出合成圖像的采樣點(diǎn)較原始圖像的采樣點(diǎn)增大了一倍。

圖像分辨率其中n為圖像的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)、a為瞬時(shí)視場(chǎng)角。

原始圖像的水平細(xì)節(jié)分辨率其中a＝a/2。

合成圖像的水平細(xì)節(jié)分辨率其中第一場(chǎng)圖像的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)第二場(chǎng)圖像的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)a＝a/2。

由以上計(jì)算可得出電子放大的圖像較原始圖像，水平細(xì)節(jié)分辨率提高了2倍，即f分辨率1＝2*f分辨率0。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。