Способ повышения разрешения изображения Российский патент 2018 года по МПК H04N5/335 G06T3/00 

Изобретение относится к области получения изображений с помощью оптико-электронных приборов и может быть использовано в системах оптико-электронного наблюдения, обработки изображений и т.п.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявленному изобретению является способ получения изображения, основанный на приеме оптического излучения матричным фотоприемным устройством (МФПУ), измерении и запоминании параметров выходных сигналов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) МФПУ и формировании по их значениям изображения (см., например, Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для студентов вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос, 1999, с. 199-207). Основные недостатки способа заключены в фиксированной разрешающей способности, определяемой количеством ФЧЭ МФПУ и размерами их фоточувствительной поверхности (ФЧП), что обусловлено технологическими ограничениями создания матриц с большой плотностью чувствительных элементов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение разрешающей способности оптико-электронных средств, формирующих изображение объектов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе повышения разрешения изображения, основанном на приеме оптического излучения МФПУ, измерении и запоминании параметров выходных сигналов ФЧЭ МФПУ и формировании по их значениям изображения, одновременно по всем ФЧЭ МФПУ последовательно закрывают участки ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ, равные площадью S_i=S/N, где S - площадь ФЧП ФЧЭ, - номер пространственного положения участка поверхности ФЧЭ, N - общее число пространственных положений участков для каждого ФЧЭ, и измеряют параметры выходного сигнала каждого ФЧЭ МФПУ, получают значения параметров выходного сигнала, соответствующих закрытому S_i участку ФЧП каждого ФЧЭ

МФПУ путем вычитания значений параметров выходного сигнала, полученных при закрытии S_i участка ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ, из запомненных значений параметров выходного сигнала, соответствующих каждому ФЧЭ МФПУ, полученных при полностью открытой его ФЧП, и запоминают их значения, формируют из запомненных значений параметров выходного сигнала, соответствующих закрытым S_i участкам ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ, изображение.

Одной из основных характеристик качества изображений, получаемых с помощью МФПУ, является разрешающая способность, которая напрямую определяется количеством ФЧЭ в матрице и размером их ФЧП. Следовательно, детальность и качество изображения можно повысить путем изменения этих параметров. Однако физическое увеличение количества ФЧЭ при неизменных размерах самой матрицы ограничивается технологическими возможностями (см., например, Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для студентов вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос, 1999, с. 199-207). Сущность предлагаемого способа заключена в ограничении части падающего оптического потока на каждый ФЧЭ МФПУ в соответствии с заданным числом увеличения разрешающей способности МФПУ. При этом ограничение части оптического потока осуществляется последовательным перекрытием на входе каждого ФЧЭ участка площади его ФЧП, а изображение формируется на основе разностей значений параметров выходных сигналов, полученных при полностью открытой ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ и при закрытии ее участка.

На фигуре 1 представлена схема, поясняющая принцип повышения разрешающей способности, на котором основан способ (где: 1 - источник оптического излучения (ИОИ), излучающий (например) две полосы разной интенсивности 2 и 3; 4 - объектив; 5 - ФЧЭ; 6 - элемент (экран), перекрывающий часть падающего оптического излучения от ИОИ; 7 и 8 - этапы повышения разрешающей способности).

Излучение ИОИ 1, состоящее из двух полос разной интенсивности 2 и 3, проходя через объектив 4, фокусируется на ФЧП ФЧЭ 5 (этап 7). На выходе ФЧЭ 5 появится выходной сигнал, параметры которого пропорциональны суммарному уровню освещенности ФЧП ФЧЭ 5. При сохранении неизменности характеристик ИОИ 1, объектива 4 и ФЧЭ 5 перекрывают половину ФЧП ФЧЭ 5 непрозрачным элементом 6 (этап 8). На выходе ФЧЭ 5 появится выходной сигнал, параметры которого пропорциональны уровню освещенности ФЧП ФЧЭ 5, если бы ИОИ 1 излучал бы только одну полосу 2. Разность параметров выходных сигналов, полученных при полностью открытой и закрытой части ФЧП ФЧЭ 5, соответствует уровню освещенности ФЧП ФЧЭ 5, если бы ИОИ 1 излучал бы только одну полосу 3. Таким образом, в результате перекрытия части оптического потока на входе ФЧЭ 5 получены два выходных сигнала, что эквивалентно использованию двухэлементного фотоприемника и соответствует увеличению разрешающей способности ФЧЭ 5 в два раза.

На фигуре 2 представлена схема, поясняющая существо предлагаемого способа, (где: 9 - МФПУ с матрицей ФЧЭ 2×2; 10 - ФЧЭ МФПУ; 11 - участок разбиения ФЧП ФЧЭ МФПУ; 12 - непрозрачный элемент, перекрывающий часть оптического потока, равный по своим размерам участку разбиения ФЧП ФЧЭ). Разрешающую способность МФПУ 9 необходимо увеличить в N раз (например, N=4). Для этого ФЧП каждого ФЧЭ 10 условно разбивают на N одинаковых по площади участков 11. Каждому участку присваивается номер, определяющий последовательность их выбора. Размер площади участка 11 ФЧП ФЧЭ 10 определяется соотношением S_i=S/N, где S_i - площадь участка 11 ФЧП ФЧЭ 10, S - площадь ФЧП ФЧЭ 10, - номер участка ФЧП ФЧЭ 10, N - число раз увеличения разрешающей способности МФПУ 9 и соответственно количество раз перекрытия оптического потока на каждом ФЧЭ 10. Осуществляют прием оптического излучения МФПУ 9 и параметры выходного сигналов каждого его ФЧЭ 10 запоминают. Далее, в соответствии с нумераций последовательно закрывают ФЧП каждого ФЧЭ 10 непрозрачным элементом 12 площадью S_i. Оставшейся открытой площадью ФЧП каждого ФЧЭ 10 осуществляют прием оптического излучения и измерение параметров выходного сигнала, значения которых вычитают из значений параметров выходного сигнала, соответствующих освещенности полностью открытой ФЧП каждого ФЧЭ 10, и запоминают. При этом полученные значения разностей соответствуют параметрам выходных сигналов ФЧЭ, если бы ФЧЭ принимали оптическое излучение S_i частью ФЧП. По завершению описанной процедуры для всех участков ФЧП каждого ФЧЭ 10 МФПУ 9 с использованием полученных значений разностей параметров выходных сигналов ФЧЭ формируют изображение с увеличенным разрешением в N раз.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ повышения разрешения изображения, основанный на приеме оптического излучения МФПУ, измерении и запоминании параметров выходных сигналов ФЧЭ МФПУ и формировании по их значениям изображения, одновременном по всем ФЧЭ МФПУ последовательном закрытии участков ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ, равных площадью S_i=S/N, где S - площадь ФЧП ФЧЭ, - номер пространственного положения участка поверхности ФЧЭ, N - общее число пространственных положений участков для каждого ФЧЭ, и измерении параметров выходного сигнала каждого ФЧЭ МФПУ, получении значений параметров выходного сигнала, соответствующих закрытому S_i участку ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ путем вычитания значений параметров выходного сигнала, полученных при закрытии S_i участка ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ из запомненных значений параметров выходного сигнала, соответствующих каждому ФЧЭ МФПУ, полученных при полностью открытой его ФЧП, и запоминании их значений, формировании из запомненных значений параметров выходного сигнала, соответствующих закрытым S_i участкам ФЧП каждого ФЧЭ МФПУ, изображения.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические, радиотехнические и механические узлы и устройства.

Способ повышения разрешения изображения заключается в приеме оптического излучения матричным фотоприемником (МФПУ), измерении и запоминании параметров выходных сигналов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) МФПУ и формировании по их значениям изображения. При этом одновременно по всем ФЧЭ МФПУ последовательно закрывают участки фоточувствительной поверхности каждого ФЧЭ МФПУ и измеряют параметры выходного сигнала каждого ФЧЭ МФПУ. Значения параметров выходного сигнала, соответствующих закрытому участку, определяют путем вычитания значений параметров выходного сигнала, полученных при его закрытии, из запомненных значений параметров выходного сигнала в открытом состоянии. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности оптико-электронных средств, формирующих изображение объектов. 2 ил.

Способ повышения разрешения изображения, основанный на приеме оптического излучения матричным фотоприемным устройством, измерении и запоминании параметров выходных сигналов фоточувствительных элементов матричного фотоприемного устройства и формировании по их значениям изображения, отличающейся тем, что одновременно по всем фоточувствительным элементам матричного фотоприемного устройства последовательно закрывают участки фоточувствительной поверхности каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемного устройства, равные площадью S_i=S/N, где S - площадь фоточувствительной поверхности фоточувствительного элемента, - номер пространственного положения участка поверхности фоточувствительного элемента, N - общее число пространственных положений участков для каждого фоточувствительного элемента, и измеряют параметры выходного сигнала каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемного устройства, получают значения параметров выходного сигнала, соответствующих закрытому S_i участку фоточувствительной поверхности каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемного устройства, путем вычитания значений параметров выходного сигнала, полученных при закрытии S_i участка фоточувствительной поверхности каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемного устройства, из запомненных значений параметров выходного сигнала, соответствующих каждому фоточувствительному элементу матричного фотоприемного устройства, полученных при полностью открытой его фоточувствительной поверхности, и запоминают их значения, формируют из запомненных значений параметров выходного сигнала, соответствующих закрытым S_i участкам фоточувствительной поверхности каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемного устройства, изображение.