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Super-resolution imaging technique based on a LCoS display: increase of CCD resolution limit

  • Autores: M. Sohail, Ángel Lizana Tutusaus, Juan Campos Coloma
  • Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 46, Nº. 3, 2013, págs. 223-230
  • Idioma: español
  • Títulos paralelos:
    • Técnica para la obtención de imágenes super-resolutas basada en el uso de una pantalla LCoS: Incremento del límite resolutivo impuesto por la CCD
  • Enlaces
  • Resumen
    • español

      La resolución de las imágenes formadas mediante el uso de un sistema óptico viene limitada por un cúmulo de factores, como el límite impuesto por la difracción producida en los diferentes elementos ópticos del sistema, o por la propia geometría de estos. Respeto a este último factor, una de las mayores causas que limitan la resolución de las imágenes está relacionada con factores geométricos propios de la cámara CCD utilizada para la captación de imágenes, como puede ser el tamaño de los píxeles, su forma o la distancia entre ellos. En este trabajo presentamos una nueva técnica de súper-resolución de imágenes que permite mejorar el límite resolutivo impuesto por la cámara CCD. Para tal fin, utilizamos un sistema óptico libre de movimientos mecánicos gracias al uso de una pantalla de cristal líquido sobre silicio (LCoS). La transformada de Fourier de una escena se forma sobre el modulador, al que se le envían diferentes fases lineales. Una vez modificado el espectro del objeto, su imagen se forma sobre la cámara CCD. De este modo, diferentes fases lineales enviadas al modulador dan lugar a imágenes del objeto con diferentes desplazamientos sub-píxel sobre la cámara. Finalmente, todas las imágenes desplazadas se combinan para obtener una imagen de súper-resolución, siendo ésta de mayor tamaño que las imágenes originales. Además, también hemos aplicado un post-procesado, basado en una técnica de deconvolución, sobre la imagen obtenida mediante la técnica de súper-resolución, permitiendo disminuir efectos no deseados relacionados con ruido añadido en las imágenes experimentales. Finalmente, se estudia la validez de la técnica de súper-resolución propuesta comparando las imágenes obtenidas con y sin usar la técnica.

    • English

      The resolution of any imaging system is limited by many factors, as by the diffraction resolution limit of the system or by resolution limitations related to the geometry of the optical elements. One of the main geometrical limitations in optical systems is due to CCD cameras used for the image acquisition.

      In particular, pixel size, shape and pixel pitch of the used CCD camera always impose a limit in resolution. This paper faces the problem of the geometric super-resolution limitation, providing an approach free of mechanical movements, which helps to overcome the problems related to CCD pixels pitch. To this aim, a parallel aligned (PA) liquid crystal on silicon (LCoS) display is placed at the Fourier plane of a transparent object, and different linear phases are addressed to it. Afterwards, an image-forming optical system provides the final image of the object at the CCD camera plane. By addressing different linear phases to the LCoS display, object images with different sub-pixel displacements in 1-D are acquired by the CCD camera. Afterwards, all the shifted images are combined, leading to a final super-resolved image with larger dimension than the original object image. In addition, an inverse filtering process is also included into the proposed method, leading to certain extent, to a decrease of the blurring effect. The experimental comparison of the object images obtained with and without using the proposed technique provides the improvement, in terms of resolution, achieved by applying our technique.


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