(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210166823.6 (22)申请日 2022.02.23 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 田昕　肖滢　刘芮　何访　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 王琪 (51)Int.Cl. G06T 3/40(2006.01) G06T 5/50(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G06V 10/80(2022.01) (54)发明名称 一种基于线扫描的图像超分辨 率方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于线扫描的图像超分 辨率方法， 利用低分辨率探测器结合高分辨率空 间调制器通过正交方向的线扫描获取多幅包含 目标不同像素位置信息的低分辨率图像， 进一步 分别对两个方向上的低分辨率图像进行对应像 素信息的提取和拼接融合得到两个方向上的图 像超分辨率重建结果。 最后提出一种基于全局和 低秩约束的联合重建方法对两个方向的重建结 果进行融合和条纹去噪， 最终得到目标高分辨率 重建图像。 通过调整空间光调制器的工作像素和 探测器成像区域像素实现不同超分辨率倍数的 图像重建， 通过调整扫描间隔来平衡采样时间与 重建质量之间的关系， 具有较强的灵活性和鲁棒 性。 本发明提供的方法分辨率增强效果显著， 方 法竞争力强。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114565514 A 2022.05.31 CN 114565514 A 1.一种基于线扫描的图像超分辨 率方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 搭建光学系统， 将白光光源打在目标物上， 使目标的反射光经过物镜会聚在空 间光调制器表面， 经 空间光调制后的物体高分辨率线扫描信息经过成像透镜成像在图像探 测器光敏面上， 根据分辨率增强的倍数设置空间光调制器的工作像素大小以及相应图像探 测器成像区域像素 大小； 步骤2， 对空间光调制器和探测器进行工作频率同步匹配； 步骤3， 空间光调制器在水平和垂直方向设置合适的线扫描间隔分别对投影的目标信 息进行扫描， 用图像探测器获取每次扫描图像， 从而在正交方向上得到目标一系列低分辨 率图像； 步骤4， 将步骤3 中得到的系列低分辨率图像分别在水平和垂直方向上进行对应像素位 置的拼接融合后得到 两个方向上的图像超分结果； 步骤5， 对步骤4中得到的正交方向上的超分结果进行融合重建， 同时解决因为像素扫 描带来的线状条纹噪声的问题， 从而得到最终的高分辨 率重建图像。 2.如权利要求1所述的一种基于线扫描的图像超分辨率方法， 其特征在于： 步骤1的具 体实现包括以下子步骤： 步骤1.1， 将白光光源照射到探测目标的表面， 目标表面反射光经焦距为f的双胶合透 镜会聚在空间光调制器液晶工作面上； 步骤1.2， 旋转空间光调制器前后两个偏振片， 使其偏振方向为正交方向， 从而使空间 光调制器调制效果 最佳； 步骤1.3， 在空间光调制器 中输入像素大小为M ×N的全通矩阵， 使其与目标信息相作用 后通过一组变焦镜头成像在CCD光敏面上， 进一步调整镜头焦距使CCD成像区域像素大小为 m×n， 分辨率增强倍数Sr为空间光调制器与C CD成像区域像素之比， 即： 3.如权利要求1所述的一种基于线扫描的图像超分辨率方法， 其特征在于： 步骤2中设 置空间光调制器图像翻转频率fs与CCD图像采集频率fz相同， 即可实现空 间光调制器和探测 器的工作频率同步匹配。 4.如权利要求1所述的一种基于线扫描的图像超分辨率方法， 其特征在于： 步骤3的具 体实现包括以下子步骤： 步骤3.1， 在计算机上设计需要的线扫描调制矩阵， 在 水平方向上， 设置扫 描间隔为T， T ≥Sr， 此时需要 T个调制矩阵， 第p个调制矩阵为： 其中， R(i,j)表示在水平方向扫描时， 第p个调制矩阵R； M,N表示空间光调制器输入调制 矩阵大小为M行N列； 同理， 在垂直方向上， 在相同的扫描间隔下同样需要 T个调制矩阵， 第p个调制矩阵为： 其中， C(i,j)表示在水平方向扫描时， 第p个调制矩阵C；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114565514 A 2步骤3.2， 合理调整扫描间隔T， 使其尽量小的同时， C CD获取的线扫描信息之间无混叠； 步骤3.3， 空间光调制器按顺序播放上述线扫描调制矩阵， 相应的CCD同步获取每次经 调制后的目标图像， 此时将分别在水平和垂直方向获得T幅低分辨率图像 u＝ {1,T}和 v＝{1,T}， 其中m ×n表示CCD成像分辨率， 即获取 的低分辨率图像的分 辨率， u， v分别表示在水平方向获得的第u幅低分辨率图像和在垂直方向获得的第v幅低分 辨率图像。 5.如权利要求1所述的一种基于线扫描的图像超分辨率方法， 其特征在于： 步骤4中， 分 别将步骤3中CCD获取的水平和垂直方向多幅低分辨率扫描图像中的线条纹信息进行提取 和拼接融合， 融合后得到水平方向重建结果 和垂直方向重建结果 6.如权利要求5所述的一种基于线扫描的图像超分辨率方法， 其特征在于： 步骤5的具 体实现包括以下子步骤： 步骤5.1， 定义目标结果为变量F， 变量Y为含有线条纹噪声的F， 其 中Y包含两个内容： 目 标结果F以及线条纹噪声B， 步骤4中的重建结果Mr和Mc被认为是Y的下采样版本， 将联合重建 问题描述 为： 其中Ψr和Ψc为下采样算子， 为Frobenius范数， ‖ ·‖TV为TV范数， ‖ ·‖*为核范数， α， λ， ρ 为相关参数； 步骤5.2， 通过解决关于变量Y， F， 和B的三个子问题得到最终目标重建结果F； 关于Y的子问题被描述 为： 其中t表示迭代次数， 采用快速收缩阈值算法对Ψr和Ψc进行分离并进一步解决这个问 题； 关于F的子问题被描述 为： 这个结果可以直接由增广的拉格朗日方法导出； 关于B的子问题被描述 为： 利用软阈值方法解决这个问题； 通过解决以上问题得到最终的重建高分辨 率结果F。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114565514 A 3