专利名称：一种折线式扫描高分辨率成像系统和方法
技术领域：
本发明涉及高分辨率成像领域，尤其涉及一种折线式扫描高分辨率成像系统和方法。
背景技术：
近几年来，线阵CCD由于其具有高集成度、高分辨率、高精度以及高灵敏度的特性，已广泛应用于航天，遥感，安全及工业检测等领域。如何提高线阵C⑶成像的空间分辨率已成为一个热点研究问题。针对这一热点问题，许多学者已经提出各种有效的解决方法。 根据不同的研究出发点，这些方法可以总结为两大类，即基于成像原理的方法和基于采样模式的方法。前者主要是从成像原理的角度出发，通过增大光学系统的焦距或减小CCD像元尺寸来提高CCD像元分辨率。但光学系统焦距的增大会带来设计难度增加、相机体积和重量加大以及费用增高等难题，而由于物理结构、制造、灵敏度及信噪比等因素的限制，CCD 器件像元尺寸也不能做得太�。缓笳咴虼覥CD采样模式出发，通过改变CCD的采样方式，利用图像重建技术来实现高分辨力成像。国内外关于基于采样模式的方法已经作了许多研究工作，典型的代表有法国SP0T-5HRG相机采用的超模式采样、中国空间技术研究院所研究的高模式采样以及北京空间机电研究所提出的单线阵倾斜45度采样技术等。超模式采样成像技术的关键在于如何精确地将两条相同的线阵CCD集成在一个器件中，使得它们沿着像元排列方向错开0. 5个像元的位移，沿着扫描方向错开n+0. 5 (η为正整数)个像元的位移。这种采样方法要求两片CXD之间错开位移的误差不超过1/10 1/20个像元的距离，以像元大小为10 μ m为例，则要求两片线阵CXD之间的错位误差必须控制在0. 5 μ m 1 μ m之间。因此，超模式采样技术的实现依赖于精密的器件集成技术，在 CCD的实际集成过程中，对两条CCD之间的错位误差的控制有着极高的要求，如果误差不能控制在适当的范围内，就会对图像分辨率造成较大的影响。高模式采样成像技术与超模式基本类似，不同之处在于高模式采样方法除了采用像元错排技术外，还将线阵摄像机的扫描频率提高了一倍。但过高的扫描频率会导致其它硬件设备(马达编码器、运动控制卡、图像采集卡等)无法满足过快的取像速度，而升级这些硬件设备以适应高速数据采集和运动控制将造成很大的经济开销，且某些设备由于其性能瓶颈根本无法完成升级，因此依靠提高线扫描频率并不是一个很好的解决办法。北京空间机电研究所提出的单线阵倾斜45度采样技术是一种全新的采样模式。 通过将线阵CCD旋转45度，使摄像设备沿着与线阵CCD像元排列方向成45度角的方向进行采样，提高了图像的空间分辨率，且克服了超模式和高模式采样技术中存在的CCD错位配准问题。但这种方法也存在明显的弊端，譬如摄像机的成像视野(View ofField)变窄， 获取的图像信息变少，更重要的是这种方式下图像的空间分辨率并没有显著的提高，理论上仅为1. 19倍，不能满足高分辨率成像的要求
发明内容
本发明解决的技术问题在于如何获得高分辨率图像。为了解决以上问题，本发明提供一种折线式扫描高分辨率成像系统和方法，对设备改动要求不高的情况下，并对视野影响不大的情况下，能够提高相机分辨率。本发明的实施例采用如下技术方案一种折线式扫描高分辨率成像系统，包括图像采集装置，由两个线阵CXD相机组成，所述两个线阵CXD相机与水平分别以倾斜θ和-Θ角度对待成像物体进行扫描取像，其中0< θ <90°，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交；图像采集控制装置，控制CXD相机的图像采集过程；图像处理装置，对采集到的图像数据进行重建；显示装置，用于显示得到的高分辨率图像。本发明的实施例还提供了一种折线式扫描高分辨率成像方法，包括a)相机空间布局，将两个相同的线阵CCD相机与水平分别以倾斜θ和-θ角度进行排列，其中0< θ <90°，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交；b)触发取像，图像采集控制装置分别控制两个相机的采集过程，它们同时向两个线阵相机发送取像触发信号，两个线阵相机同时曝光；c)A/D转换，线阵CCD将光信号转换为模拟电信号传输至图像采集卡，图像采集卡完成A/D转换，将模拟电信号转化为数字图像信号输入图像处理装置；d)图像几何校正，由图像处理装置对输入的数字图像信号进行几何校正。本发明实施例提供的一种折线式扫描高分辨率成像系统和方法，采用两个线阵 C⑶相机与水平分别以倾斜θ和-θ角度进行排列，其中0< θ <90°，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交方式，在不减小成像视野的情况下，提高了成像的空间分辨率。
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中图1为本发明所述的高分辨率成像系统的系统结构框图；图2为本发明所述的高分辨成像系统的具体实施方案图；图3为线阵相机的成像视野示意图；图4为线阵相机的二维空间采样示意图；图5为倾斜采样得到的失真图像中的像素位置分布图；图6为经过像素坐标变换得到的校正图像中的像素位置分布图。
具体实施例方式以下参照图1-6对本发明的实施例进行说明。
实施例一本实施例涉及一种折线式扫描高分辨成像系统，图1为实现高分辨率成像的系统结构框图。图像采集装置1包括线阵CXD相机11和线阵CXD相机12，按照与水平成一定角度方式排列组成，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交；通讯采集控制装置2包括图像采集卡21和图像采集卡22，分别向相机11和相机12 发送触发信号，触发相机取像，并将相机输出的模拟电信号转换为数字图像信号；图像处理装置3对图像采集卡21和图像采集卡22输出的图像数据进行重建和拼接，得到完整的高分辨率图像，图像处理装置3可以是可编程逻辑器件或具有图像处理功能的计算机处理系统；最后经由显示装置4将高分辨率数字图像显示出来。图2为具体的实施方案图，设相机11和相机12分别以倾斜θ和-θ角度进行扫描取像，L为相机CXD的像元间距，沿相机扫描方向的采样间距为LXN，N > 0，为一系数，调节相机扫描方向的采样间距的大小。那么相机11和相机12的采样矩阵分别为
权利要求
1.一种折线式扫描高分辨率成像系统，包括图像采集装置，由两个线阵CXD相机组成；图像采集控制装置，控制CCD相机的图像采集过程；图像处理装置，对采集到的图像数据进行重建；显示装置，用于显示得到的高分辨率图像；其特征在于，所述两个线阵C⑶相机与水平分别以倾斜θ和-Θ角度对待成像物体进行扫描取像，其中0< θ <90°，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交。
2.如权利要求1所述一种折线式扫描高分辨率成像系统，其特征在于，所述θ为 60°。
3.如权利要求1所述一种折线式扫描高分辨率成像系统，其特征在于所述图像处理装置由两个图像采集卡组成，每个采集卡各控制一个CCD相机的图像采集过程。
4.如权利要求1至3之一所述一种折线式扫描高分辨率成像系统，其特征在于所述图像处理装置为可编程逻辑器件或具有图像处理功能的计算机处理系统。
5.一种折线式扫描高分辨率成像方法，其特征在于，包括以下步骤a)相机空间布局，将两个相同的线阵CCD相机与水平分别以倾斜θ和-θ角度进行排列，其中0< θ <90°，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交；b)触发取像，图像采集控制装置分别控制两个相机的采集过程，它们同时向两个线阵相机发送取像触发信号，两个线阵相机同时曝光；c)A/D转换，线阵CCD将光信号转换为模拟电信号传输至图像采集卡，图像采集卡完成 A/D转换，将模拟电信号转化为数字图像信号输入图像处理装置；d)图像几何校正，由图像处理装置对输入的数字图像信号进行几何校正。
6.如权利要求5所述一种折线式扫描高分辨率成像方法，其特征在于，所述步骤d)图像几何校正，具体包括两步首先建立失真图像的像素点坐标和对应的实际物体上的采样点坐标间的映射关系，根据映射关系对图像各个像素坐标进行校正；再利用像素插值的方法将图像的像素分布规则化，并将图像进行拼接，得到高分辨率的数字图像。
全文摘要
本发明公开了一种折线式扫描高分辨率成像系统和方法，涉及成像领域，能够实现高分辨率成像。折线式扫描高分辨率成像系统包括图像采集装置，由两个线阵CCD相机组成，所述两个线阵CCD相机与水平分别以倾斜θ和-θ角度对待成像物体进行扫描取像，其中0＜θ＜90°，使得图像采集装置与待成像物体之间呈折线扫描状，且扫描内容互不相交；图像采集控制装置，控制CCD相机的图像采集过程；图像处理装置，对采集到的图像数据进行重建；显示装置，用于显示得到的高分辨率图像。本发明工程上实现简单，十分经济且便于维护，仅利用现有的成像装置即可获取更高分辨率的图像。
文档编号G01C11/02GK102497512SQ20111042537
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者王胜春, 罗四维, 黄雅平 申请人:北京交通大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
