Способ повышения разрешения изображения

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.