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CN109981986B - 用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统 - Google Patents

用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统 Download PDF

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刘廷霞
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Abstract

用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统，属于光电对抗领域，克服了现有图像超分辨率复原方法存在的复原效果差的问题。本发明包括：主光学镜组，接收入射光并对其进行整理；成像镜组，对主光学镜组的接收光路进一步整理，以适合成像；高速振镜，对成像镜组整理后的入射光进行反射并生成多帧图像；与高速振镜电连接的高速振镜控制器，用以控制高速振镜；主系统CCD，接收多帧图像。通过反射式红外微扫描光学成像系统实现多帧低分辨率图像序列，得到的多帧低分辨率序列在时间上不存在滞后、空间上不存在位移，消除了超分辨率复原的输入源误差，克服了光电对抗系统的跟踪滞后和跟踪误差，能够实现图像超分辨率复原的最佳效果。

Description

用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统
技术领域
本发明属于光电对抗技术领域，具体涉及用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统。
背景技术
近年来，光电对抗系统得到了全面的发展，种类多种多样，各种类型的光电对抗系统都具备图像处理能力。同时图像超分辨率复原方法也得到了进一步的发展，并且广泛应用在光电对抗系统的图像处理中。
现有图像超分辨率复原方法，都只是单纯从图像处理方法入手，通过使用前后多帧图像信息进行超分辨率复原，获得一帧高分辨率图像。然而现有的图像超分辨率复原方法存在以下问题：
一、传统超分辨率复原方法使用时间上前后多帧低分辨率图像序列生成一帧高分辨率图像，这种方法存在的问题是时间上前后多帧低分辨率序列存在时间上的滞后和空间上的位移，在超分辨率复原的输入源上就存在误差，也导致现有超分辨率复原的研究进入瓶颈，复原性能很难进一步提高。
二、在光电对抗系统中，图像中的目标是高速运动的目标而非静止目标，而且光电对抗系统的跟踪存在滞后和跟踪误差。这样使用前后多帧图像进行超分辨率复原，误差大，复原效果不好，很难得到理论算法的复原效果。
据了解在本发明之前，国内没有相关的适用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统的研究。
发明内容
为了克服上述已有光电对抗系统中图像处理中的图像超分辨率复原方法存在的复原效果差的问题，本发明提供用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统，包括：
主光学镜组，接收入射光并对其进行整理；
成像镜组，对主光学镜组的接收光路进一步整理，以适合成像；
高速振镜，对成像镜组整理后的入射光进行反射并生成多帧图像；
与高速振镜电连接的高速振镜控制器，用以控制高速振镜；
主系统CCD，接收多帧图像。
进一步的，在反射式红外微扫描光学成像系统的主光轴A的传播方向上从左至右依次设置主光学镜组、成像镜组、高速振镜；所述主光学镜组与主光轴成90度设置；所述成像镜组与主光轴成90度设置；所述高速振镜与主光轴成45度设置。
进一步的，在反射式红外微扫描光学成像系统的主光轴B的传播方向上从上至下依次设置有高速振镜和主系统CCD；所述高速振镜与主光轴成45度设置；所述主系统CCD与主光轴成90度设置。
进一步的，所述主光学镜组采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光反射。
进一步的，所述主光学镜组由次镜和主镜组成，入射光先经主镜反射到次镜，再经次镜反射到主光路中，被成像镜组接收；所述次镜采用非球面面型，主镜采用非球面面型；所述次镜厚度为30mm，曲率半径-180mm，非球面系数-1；所述主镜厚度为30mm，曲率半径-900mm，非球面系数-1；所述主镜和次镜间距360mm。
进一步的，所述主光学镜组的口径为300mm，焦距为3000mm。
进一步的，所述成像镜组采用光学镀膜措施在其表面镀有增透膜，对入射光透射。
进一步的，所述成像镜组由正透镜和负透镜组成；所述正透镜的中心厚度为30mm，曲率半径为315.72mm和-313.00mm；所述负透镜的中心厚度为10mm，曲率半径为138.91mm和148.24mm。
进一步的，所述高速振镜采用动态两维高速振镜，采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光反射。
进一步的，所述高速振镜控制器采用DSP数字控制电路。
本发明的有益效果是：本发明的用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统，通过高速振镜生成实时的多帧图像，应用于图像处理中，从而克服了高速运动目标以及光电对抗系统跟踪误差对复原效果带来的影响。
高速振镜的振动频率2kHz，响应时间0.5ms，这样通过高速振镜生成的两帧图像时间间隔只有0.5ms，可以作为实时的多帧图像，应用于图像处理中。通过反射式红外微扫描光学成像系统生成的实时多帧图像，作为图像超分辨率处理的多帧图像，融合后生成一帧高分辨率图像。通过反射式红外微扫描光学成像系统实现多帧低分辨率图像序列，这样得到的多帧低分辨率序列在时间上不存在滞后、空间上不存在位移，消除了超分辨率复原的输入源误差，可以针对高速运动目标实现超分辨率复原需求的实时多帧图像，同时克服光电对抗系统的跟踪滞后和跟踪误差，进而实现图像超分辨率复原的最佳效果。
本发明的用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统可靠实用，体积小巧，重量轻，装调简单，可以实现图像处理中的超分辨率复原的最佳效果。
附图说明
图1为本发明的用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统的结构示意图。
图2为主光学镜组的结构示意图。
图3为成像镜组的结构示意图。
图中：1、主光学镜组，1-1、次镜，1-2、主镜，2、成像镜组，2-1、正透镜，2-2、负透镜，3、高速振镜，4、高速振镜控制器，5、主系统CCD。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统，主要包括：主光学镜组1、成像镜组2、高速振镜3、高速振镜控制器4和主系统CCD5。
在反射式红外微扫描光学成像系统的主光轴A的传播方向上从左至右依次设置主光学镜组1、成像镜组2、高速振镜3。其中，主光学镜组1与主光轴成90度设置，即主光学镜组1与主光轴垂直设置；成像镜组2与主光轴成90度设置，即成像镜组2与主光轴垂直设置；高速振镜3与主光轴成45度设置，即高速振镜3与主光轴之间的夹角为45度。
在反射式红外微扫描光学成像系统的主光轴B的传播方向上从上至下依次设置有高速振镜3和主系统CCD5。其中，高速振镜3与主光轴成45度设置，即高速振镜3与主光轴之间的夹角为45度；主系统CCD5与主光轴成90度设置，即主系统CCD5与主光轴垂直设置。
另外，高速振镜控制器4通过电缆与高速振镜3相连，通过高速振镜控制器4控制高速振镜3。
主光学镜组1采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光反射。主光学镜组1主要用于对入射光的接收、对出射光进行整理。本实施方式中，如图2所示，主光学镜组1由次镜1-1和主镜1-2组成，次镜1-1采用非球面面型，主镜1-2采用非球面面型。次镜1-1厚度为30mm，曲率半径-180mm，非球面系数-1。主镜1-2厚度为30mm，曲率半径-900mm，非球面系数-1。主镜1-2和次镜1-1间距360mm。主光学镜组1的口径为300mm，焦距为3000mm。入射光先经过主镜1-2反射到次镜1-1，再经过次镜1-1反射到主光路中，被成像镜组2接收。
成像镜组2采用光学镀膜措施在其表面镀有增透膜，对入射光透射。成像镜组2的作用是对主光学镜组1的接收光路进一步整理，以适合成像。如图3所示，成像镜组2由正透镜2-1和负透镜2-2组成。正透镜2-1的中心厚度为30mm，曲率半径为315.72mm和-313.00mm；负透镜2-2的中心厚度为10mm，曲率半径为138.91mm和148.24mm。
本实施方式中，高速振镜3采用动态两维高速振镜，采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光反射。
本实施方式中，高速振镜控制器4采用DSP数字控制电路。
本实施方式中，主系统CDD5采用随光电对抗系统需求的通用型CCD。
如图1所示，本发明的用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统中，入射光经主光学镜组1反射进入到反射式红外微扫描光学成像系统主光路，再经过成像镜组2对光路进行调整后出射，出射光经高速振镜3反射后投射到主系统CCD5上，形成多帧图像，通过高速振镜控制器4控制和调节高速振镜3的振动频率和幅度，实现亚像素级微扫描成像。
光学指向同一目标、同一时刻、同一角度，通过高速振镜3的高速振动，投射到主系统CCD5上多次成像，主系统CCD5生成多帧图像。针对同一目标、同一时刻、同一角度的多帧图像，进行多帧图像融合，超分辨率复原，可以实现图像超分辨率复原的最佳效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.用于图像超分辨率复原的反射式红外微扫描光学成像系统，其特征在于，包括：
主光学镜组，接收入射光并对其进行整理；
成像镜组，对主光学镜组的接收光路进一步整理，以适合成像；
高速振镜，对成像镜组整理后的入射光进行反射并生成多帧图像；
与高速振镜电连接的高速振镜控制器，用以控制高速振镜；
主系统CCD，接收多帧图像；
在反射式红外微扫描光学成像系统的主光轴A的传播方向上从左至右依次设置主光学镜组、成像镜组、高速振镜；所述主光学镜组与主光轴成90度设置；所述成像镜组与主光轴成90度设置；所述高速振镜与主光轴成45度设置；
在反射式红外微扫描光学成像系统的主光轴B的传播方向上从上至下依次设置有高速振镜和主系统CCD；所述高速振镜与主光轴成45度设置；所述主系统CCD与主光轴成90度设置；
所述主光学镜组采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光反射；
所述主光学镜组由次镜和主镜组成，入射光先经主镜反射到次镜，再经次镜反射到主光路中，被成像镜组接收；所述次镜采用非球面面型，主镜采用非球面面型；所述次镜厚度为30mm，曲率半径-180mm，非球面系数-1；所述主镜厚度为30mm，曲率半径-900mm，非球面系数-1；所述主镜和次镜间距360mm；
所述主光学镜组的口径为300mm，焦距为3000mm；
所述成像镜组采用光学镀膜措施在其表面镀有增透膜，对入射光透射；
所述成像镜组由正透镜和负透镜组成；所述正透镜的中心厚度为30mm，曲率半径为315.72mm和-313.00mm；所述负透镜的中心厚度为10mm，曲率半径为138.91mm和148.24mm；
所述高速振镜采用动态两维高速振镜，采用光学镀膜措施在其表面镀有反射膜，对入射光反射；
所述高速振镜控制器采用DSP数字控制电路。
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