Ccd相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種CCD相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法，將CCD相機(jī)對(duì)目標(biāo)曝光各像素單元感應(yīng)光子數(shù)信息采集并存儲(chǔ)，按時(shí)間順序?qū)⑵毓鈺r(shí)間劃分為若干短時(shí)間窗，基于時(shí)間窗分別對(duì)各像素單元做光子數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算曝光時(shí)間內(nèi)光子數(shù)及對(duì)應(yīng)信息值的統(tǒng)計(jì)平均值和各時(shí)間窗口內(nèi)的總和及漲落；各像素單元的存儲(chǔ)信息按照光子數(shù)相對(duì)于平均值的大小分為正、負(fù)兩組。對(duì)CCD的兩個(gè)不同像素單元(可選擇)之間曝光時(shí)間內(nèi)各窗口計(jì)算光子數(shù)的關(guān)聯(lián)或漲落關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上計(jì)算兩個(gè)像素單元之間歸一化的光強(qiáng)度關(guān)聯(lián)或其漲落關(guān)聯(lián)，進(jìn)而由熱光關(guān)聯(lián)成像的原理和方法得到目標(biāo)的像。所得目標(biāo)的像可以抗大氣湍流擾動(dòng)，具有熱光量子鬼成像的分辨率以及接近100%或100%對(duì)比度。
【專利說明】CCD相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種無需采用大孔徑透鏡即可獲取高分辨率、 高對(duì)比度和抗大氣湍流擾動(dòng)圖像的CCD相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在遙感、天文、偵察、制導(dǎo)、科研、生產(chǎn)以及日常生活中，照相是獲取影像的基本手 段。但在許多實(shí)際情況和應(yīng)用環(huán)境中，由于大氣湍流擾動(dòng)使影像模糊，影響成像質(zhì)量，另外， 傳統(tǒng)的采用經(jīng)典成像方法的制式相機(jī)的成像分辨率受到基本物理原理--瑞利衍射極限 的限制。根據(jù)阿貝爾原理，基于透鏡的相機(jī)，其成像分辨率與透鏡的數(shù)值孔徑成正比，要獲 得遠(yuǎn)距離高分辨率的像，就需要加大透鏡的焦距和口徑，但孔徑太大不僅導(dǎo)致設(shè)備體積和 重量的巨大負(fù)擔(dān)，在衛(wèi)星等特殊成像環(huán)境下不便應(yīng)用，而且大孔徑光學(xué)成像系統(tǒng)的價(jià)格也 過于昂貴。綜上所述，就本【技術(shù)領(lǐng)域】而言，如何提高成像質(zhì)量特別是遠(yuǎn)距離成像的分辨率并 實(shí)現(xiàn)突破經(jīng)典極限的限制，長期以來一直是人們向往的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一種CCD相機(jī)強(qiáng)度-漲 落關(guān)聯(lián)成像方法，該成像方法通過在強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像中減去受到湍流擾動(dòng)變模糊的經(jīng) 典像的部分，保留不受擾動(dòng)的部分，進(jìn)而獲取清晰圖像，同時(shí)，該方法具有量子鬼關(guān)聯(lián)像的 特點(diǎn)，其分辨率不受經(jīng)典瑞利衍射極限限制，即分辨率不受透鏡孔徑限制，高分辨率，抗擾 動(dòng)能力強(qiáng)，此外，采用本發(fā)明所述分辨率可獲得高對(duì)比度像。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而提出的C⑶相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法包括以下步驟：
[0005] 1、將具有電荷耦合器件CCD的CCD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)取景，對(duì)待 測(cè)目標(biāo)照相曝光后，電荷耦合器件CCD通過CCD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)接收到待測(cè)目標(biāo)反射或發(fā)射 光子并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；
[0006] 2、將CCD各像素單元曝光光子數(shù)的輸出信號(hào)按時(shí)序用數(shù)據(jù)采集卡采集并存儲(chǔ)，通 過計(jì)算機(jī)及軟件將曝光時(shí)間劃分為若干短時(shí)間窗口，根據(jù)各像素單元在各時(shí)間窗口內(nèi)的光 子總數(shù)計(jì)算每個(gè)像素單元的平均光子數(shù)（具體做法是：記錄一個(gè)像素單元各時(shí)間窗口中的 光子數(shù)，累計(jì)相加得到總光子數(shù)，除以時(shí)間窗口數(shù)目，得到各時(shí)間窗口的平均值），將各像素 單元時(shí)間窗口平均光子數(shù)與各時(shí)間窗口光子數(shù)比較，大于或小于平均值的數(shù)值為漲落，且 據(jù)此對(duì)像素單元時(shí)間窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)分類：大于平均值的為正，小于平均值的為負(fù)；
[0007] 3、在各像素單元中選定的兩個(gè)像素單元，用計(jì)算機(jī)及軟件對(duì)于選定的兩個(gè)像素單 元就同步時(shí)間窗口中的光子數(shù)或漲落的乘積進(jìn)行計(jì)算：分別計(jì)算正-正、負(fù)-負(fù)、正-負(fù)、 負(fù)-正的乘積，并將其按像素單元在曝光時(shí)間內(nèi)歸一化；
[0008] 4、按照像素單元間光場(chǎng)強(qiáng)度漲落-漲落關(guān)聯(lián)公式和光場(chǎng)強(qiáng)度-強(qiáng)度關(guān)聯(lián)公式的統(tǒng) 計(jì)計(jì)算公式，即下文【具體實(shí)施方式】中的公式（5)、（6)，分別計(jì)算所選定的兩個(gè)像素單元之間 的光子數(shù)（光場(chǎng)強(qiáng)度）-光子數(shù)（光場(chǎng)強(qiáng)度）關(guān)聯(lián)或漲落-漲落關(guān)聯(lián)；
[0009] 5、利用以上計(jì)算獲得的兩個(gè)像素單元之間的光子數(shù)-光子數(shù)關(guān)聯(lián)或漲落-漲落關(guān) 聯(lián)的結(jié)果，按照熱光關(guān)聯(lián)成像（熱光鬼成像）原理和方法，即可在圖像顯示器或圖像輸出設(shè) 備中得到目標(biāo)的關(guān)聯(lián)像。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)解決方案還在于：通過計(jì)算機(jī)及軟件將CCD接收光時(shí)間均勻 劃分為小的時(shí)間段，即標(biāo)記為Λ tl，Λ t2，…，Λ …的時(shí)間窗口，由上述步驟1得到的光子 測(cè)量數(shù)據(jù)信息首先存儲(chǔ)到CCD的寄存器中，然后通過計(jì)算機(jī)與CCD的接口在一系列短的時(shí) 間窗口內(nèi)由數(shù)據(jù)采集卡按各像素單元曝光光子數(shù)輸出信號(hào)時(shí)序采集并存儲(chǔ)；在各像素單元 中選定的兩個(gè)像素單元A和B，像素單元A和B接收照射光子的計(jì)數(shù)分別為n jA和njB，j是 時(shí)間窗口編號(hào)；利用計(jì)算機(jī)或圖像卡軟件計(jì)算CCD每個(gè)像素單元接收光時(shí)間內(nèi)的平均光子 數(shù)目孓和冗；接著，使每個(gè)像素單元中的平均光子數(shù)與各時(shí)間窗口中實(shí)際光子數(shù)進(jìn)行比較， 將每個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的光子數(shù)分為"正"和"負(fù)"，即"正"、"負(fù)"確認(rèn)：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種CCD相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于包括以下步驟： I. 1將具有電荷耦合器件CCD (2)的CCD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)（1)的鏡頭對(duì)準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)（7)取 景，對(duì)待測(cè)目標(biāo)（7)照相曝光后，電荷耦合器件CCD(2)通過CCD相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)（1)接收到 待測(cè)目標(biāo)（7)反射或發(fā)射光子并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)； 1. 2將CCD各像素單元曝光光子數(shù)的輸出信號(hào)按時(shí)序用數(shù)據(jù)采集卡（3)采集并存儲(chǔ)，通 過計(jì)算機(jī)（4)及軟件將曝光時(shí)間劃分為若干短時(shí)間窗口，根據(jù)各像素單元在各時(shí)間窗口內(nèi) 的光子總數(shù)計(jì)算每個(gè)像素單元的平均光子數(shù)，將各像素單元時(shí)間窗口平均光子數(shù)與各時(shí)間 窗口光子數(shù)比較，大于或小于平均值的數(shù)值為漲落，且據(jù)此對(duì)像素單元時(shí)間窗口內(nèi)的數(shù)據(jù) 分類：大于平均值的為正，小于平均值的為負(fù)； 1.3在各像素單元中選定的兩個(gè)像素單元，用計(jì)算機(jī)（4)及軟件對(duì)于選定的兩個(gè)像素 單元就同步時(shí)間窗口中的光子數(shù)或漲落的乘積進(jìn)行計(jì)算：分別計(jì)算正-正、負(fù)-負(fù)、正-負(fù)、 負(fù)-正的乘積，并將其按像素單元在曝光時(shí)間內(nèi)歸一化； 1. 4按照像素單元間光場(chǎng)強(qiáng)度漲落-漲落關(guān)聯(lián)公式和光場(chǎng)強(qiáng)度-強(qiáng)度關(guān)聯(lián)公式的統(tǒng)計(jì) 計(jì)算公式分別計(jì)算所選定的兩個(gè)像素單元之間的光子數(shù)（光場(chǎng)強(qiáng)度）-光子數(shù)（光場(chǎng)強(qiáng)度） 關(guān)聯(lián)或漲落-漲落關(guān)聯(lián)； 1. 5利用以上計(jì)算獲得的兩個(gè)像素單元之間的光子數(shù)-光子數(shù)關(guān)聯(lián)或漲落-漲落關(guān)聯(lián) 的結(jié)果，按照熱光關(guān)聯(lián)成像原理和方法，即可在圖像顯示器（6)或圖像輸出設(shè)備中得到目 標(biāo)的關(guān)聯(lián)像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CCD相機(jī)強(qiáng)度-漲落關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于：通過計(jì)算 機(jī)及軟件將CXD接收光時(shí)間均勻劃分為小的時(shí)間段，即標(biāo)記為At 1, At2，…，Atp…的時(shí) 間窗口，由步驟I. 1得到的光子測(cè)量數(shù)據(jù)信息首先存儲(chǔ)到CCD的寄存器中，然后通過計(jì)算機(jī) (4)與CCD的接口在一系列短的時(shí)間窗口內(nèi)由數(shù)據(jù)采集卡（3)按各像素單元曝光光子數(shù)輸 出信號(hào)時(shí)序采集并存儲(chǔ)；在各像素單元中選定的兩個(gè)像素單元A和B，像素單元A和B接收 照射光子的計(jì)數(shù)分別為和n#，j是時(shí)間窗口編號(hào)；利用計(jì)算機(jī)或圖像卡軟件計(jì)算CCD每 個(gè)像素單元接收光時(shí)間內(nèi)的平均光子數(shù)目&和/Ts ;接著，使每個(gè)像素單元中的平均光子數(shù) 與各時(shí)間窗口中實(shí)際光子數(shù)進(jìn)行比較，將每個(gè)時(shí)間窗內(nèi)的光子數(shù)分為"正"和"負(fù)"，即"正"、 "負(fù)"確認(rèn)：
其中j表不窗口編號(hào)，a =A，B，光子數(shù)及其漲落n和An分別對(duì)應(yīng)于光場(chǎng)強(qiáng)度和它的漲 落； 將兩個(gè)像素單元的光場(chǎng)強(qiáng)度及其漲落組合分組：正的為一組，負(fù)的為另一組，即， {?(,+)，和i1表示兩個(gè)像素單元都是正和都是負(fù)，{a4+),A< +)}和?[A#,表 示兩個(gè)像素單元的漲落都是正和都是負(fù)，分別對(duì)應(yīng)于和{a4+),a4+)} 和{?}. ， 在A和B像素單元和通道時(shí)間窗同步校準(zhǔn)之后，計(jì)算兩個(gè)像素單元之間同步時(shí)間窗內(nèi) 強(qiáng)度漲落-漲落關(guān)聯(lián)的數(shù)值
或在每個(gè)同步的時(shí)間窗中計(jì)算得到A和B兩個(gè)像素單元之間四個(gè)強(qiáng)度-強(qiáng)度關(guān)聯(lián)的數(shù) 值
由照相過程中CCD測(cè)量的數(shù)據(jù)得到兩兩像素單元間歸一化的光場(chǎng)強(qiáng)度漲落-漲落關(guān)聯(lián) 和光場(chǎng)強(qiáng)度-強(qiáng)度關(guān)聯(lián)的數(shù)值
其中S，S' =P，N，Nwin是照相時(shí)間內(nèi)同步短時(shí)間窗的總數(shù)； 像素單元A和B之間光場(chǎng)強(qiáng)度漲落-漲落關(guān)聯(lián)Bff和光場(chǎng)強(qiáng)度-強(qiáng)度關(guān)聯(lián)Bpn的統(tǒng)計(jì)計(jì) 算分別按照下面公式進(jìn)行
按照熱光關(guān)聯(lián)成像原理和方法，由上式計(jì)算得到的光場(chǎng)強(qiáng)度漲落-漲落關(guān)聯(lián)和光 場(chǎng)強(qiáng)度-強(qiáng)度關(guān)聯(lián)?^與CCD像素單元對(duì)應(yīng)，其中為O的像素單元，不顯示圖像，即背景；不 為〇像素單元為圖像的一個(gè)像素，據(jù)此即可在圖像顯示器（6)或圖像輸出設(shè)備中得到目標(biāo) 的關(guān)聯(lián)像。
【文檔編號(hào)】H04N17/00GK104284180SQ201310277904
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】徐卓, 杜磊, 周宇, 劉建彬 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)