專利名稱：一種恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖象處理方法，尤其是一種恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法。
對于光電成象系統(tǒng)，由于能夠獲得并存儲圖象的數字信號，所以可以采用數字圖象處理方法對圖象進行處理。目前用數字圖象處理技術恢復降質圖象，主要采用的方法是反卷積，即用反卷積方法消除或減輕系統(tǒng)傳遞函數造成的圖象降質，對降質圖象進行恢復。反降質過程首先需要確定光學成象系統(tǒng)的傳遞函數或者點擴散函數，依此獲得對應的逆函數，或者選取可以在一定程度上消除系統(tǒng)降質的逆濾波函數。用空移不變的傳遞函數的逆函數或者逆濾波函數和獲得圖象的傅氏變換乘積得到恢復圖象的傅氏變換，再經反傅立葉變換得到恢復圖象。也可以根據逆濾波函數，確定在空間域的反卷積參數，用疊代算法實現反卷積，得到恢復圖象。造成圖象非均勻降質的傳遞函數是空移變化的，它的參數是空間坐標的函數。反卷積方法不能直接應用于空移變化系統(tǒng)的圖象降質恢復。通過坐標變換，使得空間移變降質圖象變換成移不變降質圖象，然后再進行反卷積，是空間移變降質圖象恢復的基本方法之一。盡管這種原理目前在移變降質圖象恢復中采用較多，但是計算復雜，并且會改變圖象噪聲分布，使其變得非平穩(wěn)，所以適用于較高信噪比圖象恢復。把空間移變圖象分區(qū)，認為每一個局部區(qū)域的傳遞函數是空移不變的，是空間移變圖象恢復的又一種基本處理方法。但是圖象分區(qū)會引入分割噪聲，在各個區(qū)域的邊界產生圖象畸變。
本發(fā)明提出將傳遞函數的逆函數或者逆濾波函數在空間頻率原點處進行泰勒展開，用n階多項式近似表示。這樣恢復圖象的傅氏變換，就近似等于獲得圖象的傅氏變換和一多項式的乘積，其反變換就是恢復圖象，等于獲得圖象及其n階導數的線性組合，組合系數由傳遞函數的逆函數或者逆濾波函數的參數確定。對于空間移變系統(tǒng)，組合系數是空間坐標的函數。
本發(fā)明所述的恢復空間移變降質圖象的數字圖象處理方法是由以下步驟來完成的
①確定系統(tǒng)修正系數(1)通過測量成象系統(tǒng)的特性，或者根據獲得圖象計算圖象中的不均勻降質特性，得到系統(tǒng)成象傳遞函數H(m，n)(υ，ν)，其中，(m，n)是圖象象素坐標，(x，y)是圖象空間坐標；(2)根據系統(tǒng)成象傳遞函數H(m，n)(υ，ν)，確定恢復圖象的逆濾波函數H-1，(m，n)(υ，ν)，使得H-1，(m，n)(υ，ν)·H(m，n)(υ，ν)＝1υ，ν∈S或者H-1，(m，n)(υ，ν)·H(m，n)(υ，ν)≈1υ，ν∈S其中，υ，ν是空間頻率；S是圖象系統(tǒng)的頻率支持域。
(3)計算修正系數Ai(m，n)，i＝0，1，2，3，…，k；k≥1，Ai(m,n)=(∂∂υυ+∂∂νν)iH-1,(m,n)(υ,ν)|υ,ν=0]]>②修正圖象(1)計算要修正圖象f(m，n)的l～k階導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)，k≥1；(2)按修正公式g(m,n)=A0(m,n)·f(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f(k)(m,n)]]>計算獲得修正圖象g(m，n)。其中，j是虛數符號。修正階數一般取至k＝4。
上述實施過程和步驟可以編程固化在圖象處理器中，也可以將上述運算步驟編制成軟件在通用計算機上運行。
本發(fā)明特別適用于提升中、低檔光電成象系統(tǒng)(如數碼相機)的最終成象質量。用本發(fā)明所述數字圖象處理方法對圖象進行處理后，消除或減少了由于光學鏡頭的曲率形成的象場彎曲等造成的圖象非均勻模糊，得到均勻清晰圖象。使低檔光電成象系統(tǒng)最終獲得圖象的質量達到較高檔系統(tǒng)的圖象質量，而不需要增加硬件成本。
圖2是采用數字圖象處理器的光電成象系統(tǒng)的構成圖。
圖3-圖6是本發(fā)明的數字圖象處理的流程圖。
圖7-

圖10是用本發(fā)明所述的數字圖象處理方法對實際不均勻降質圖片進行處理前后的效果對比圖。
圖1所示的光電成象系統(tǒng)，僅僅是實現光學成象并將光學圖象轉換成數字圖象，不能對所獲得的數字圖象作任何處理。
圖2所示的具有數字圖象處理器的光電成象系統(tǒng)，按照本發(fā)明公開的數字圖象處理方法，編寫相應的程序，就可以對獲得的數字圖象信號進行處理。即將從成象系統(tǒng)得到的降質圖象f(m，n)恢復到理想或接近理想質量的圖象g(m，n)。系統(tǒng)中的圖象處理器，是指嵌入系統(tǒng)中的微處理器，也可以是指和成象及圖象數據采集裝置相連的外置處理器，還可以是指嵌入式和外置式處理器的總和。
圖7和圖9為處理前圖象，由同一成象系統(tǒng)采集。圖象中存在明顯的由于場曲造成的不均勻模糊圖象的中心部位成象清晰，而隨著到中心距離增加，圖象逐漸變得模糊。圖8和圖10為處理后圖象，處理后的整個圖象畫面變得均勻清晰。例如，在圖7所示的圖象中，左下角的樹葉和小石子模糊不清，處理后則清晰可見。
實施例一一種恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法，它包括以下步驟
①確定系統(tǒng)修正系數(1)通過測量成象系統(tǒng)的特性，或者根據獲得圖象計算圖象中的不均勻降質特性，得到系統(tǒng)成象傳遞函數H(m，n)(υ，ν)，其中，(m，n)是圖象象素坐標，(x，y)是圖象空間坐標；(2)根據系統(tǒng)成象傳遞函數H(m，n)(υ，ν)，確定恢復圖象的逆濾波函數H1-，(m，n)(υ，ν)，使得H-1，(m，n)(υ，ν)·H(m，n)(υ，ν)＝1υ，ν∈S或者H-1，(m，n)(υ，ν)·H(m，n)(υ，ν)≈1υ，ν∈S其中，υ，ν是空間頻率；S是圖象系統(tǒng)的頻率支持域。
(3)計算修正系數Ai(m，n)，i＝0，1，2，3，…，k；k≥1，Ai(m,n)=(∂∂υυ+∂∂νν)iH-1,(m,n)(υ,ν)|υ,ν=0]]>②修正圖象(1)計算要修正圖象f(m，n)的1～k階導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)，k≥1；(2)按修正公式g(m,n)=A0(m,n)·f(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f(k)(m,n)]]>計算獲得修正圖象g(m，n)。
對于同一個成象系統(tǒng)，如果系統(tǒng)特性保持不變，只需一次確定修正系數；確定的修正系數可以用于處理該系統(tǒng)獲得的所有圖象。修正階數一般取至k＝4。
由于獲得的圖象信號中，往往疊加有噪聲，為了消除噪聲對圖象恢復的影響，本發(fā)明公開了實施例二，它與實施例一不同的是，其修正圖象是按下列步驟進行(1)計算出圖象f(m，n)的1～k階導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)，k≥1；(2)對圖象f(m，n)和圖象導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)去噪，獲得去噪后的圖象 及其導數f~(1)(m,n),...,f~(k)(m,n);]]>(3)用 及其導數f~(1)(m,n),...,f~(k)(m,n),]]>獲得修正圖象g(m,n)=A0(m,n)·f~(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f~(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f~(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f~(k)(m,n)]]>根據所獲得的圖象疊加噪聲的情況，本發(fā)明還公開了實施例三，它與實施例一的不同之處在于，其修正圖象是按下列步驟進行(1)對獲得圖象f(m，n)進行去噪處理，獲得去噪后的圖象 (2)對去噪后的圖象 求導，得f~(1)(m,n),...,f~(k)(m,n),]]>k≥1；(3)對去噪圖象的導數再進行去噪處理，得f^(1)(m,n),...,f^(k)(m,n);]]>(4)按修正公式g(m,n)=A0(m,n)·f~(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f^(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f^(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f^(k)(m,n)]]>計算獲得修正圖象。
權利要求
1.一種恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法，其特征在于它包括以下步驟①確定系統(tǒng)修正系數(1)通過測量成象系統(tǒng)的特性，或者根據獲得圖象計算圖象中的不均勻降質特性，得到系統(tǒng)成象傳遞函數H(m，n)(υ，ν)，其中，(m，n)是圖象象素坐標，(x，y)是圖象空間坐標；(2)根據系統(tǒng)成象傳遞函數H(m，n)(υ，ν)，確定恢復圖象的逆濾波函數H-1，(m，n)(υ，ν)，使得H-1(m，n)(υ，ν)·H(m，n)(υ，ν)＝1υ，ν∈S或者H-1(m，n)(υ，ν)·H(m，n)(υ，ν)≈1 υ，ν∈S其中，υ，ν是空間頻率；S是圖象系統(tǒng)的空間頻率支持域；(3)計算修正系數Ai(m，n)，i＝0，1，2，3，…，k；k≥1，Ai(m,n)=(∂∂υυ+∂∂νν)iH-1,(m,n)(υ,ν)|υ,ν=0]]>②修正圖象(1)計算要修正圖象f(m，n)的1～k階導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)，k≥1；(2)按修正公式g(m,n)=A0(m,n)·f(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f(k)(m,n)]]>計算獲得修正圖象g(m，n)。
2.根據權利要求1所述的恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法，其特征在于其修正圖象的步驟為(1)計算出圖象f(m，n)的1～k階導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)，k≥1；(2)對圖象f(m，n)和圖象導數f(1)(m，n)，...，f(k)(m，n)去噪，獲得去噪后的圖象 及其導數f~(1)(m,n),...,f~(k)(m,n);]]>(3)用 及其導數f~(1)(m,n),...,f~(k)(m,n),]]>計算獲得修正圖象g(m,n)=A0(m,n)·f~(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f~(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f~(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f~(k)(m,n)]]>
3.根據權利要求1所述的恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法，其特征在于其修正圖象的步驟為(1)對獲得圖象f(m，n)進行去噪處理，獲得去噪后的圖象 (2)對去噪后的圖象 求導，得f~(1)(m,n),...,f~(k)(m,n),]]>k≥1；(3)對圖象導數再進行去噪處理，得f^(1)(m,n),...,f^(k)(m,n);]]>(4)按修正公式g(m,n)=A0(m,n)·f~(m,n)+1(j)1·1!A1(m,n)·f^(1)(m,n)+]]>1(j)2·2!A2(m,n)·f^(2)(m,n)+...+1(j)k·k!Ak(m,n)·f^(k)(m,n)]]>計算獲得修正圖象。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖象處理方法，尤其是一種恢復圖象空間移變降質的數字圖象處理方法。該方法包括以下步驟通過測量成象系統(tǒng)的特性，或者根據獲得圖象計算圖象中的不均勻降質特性，得到系統(tǒng)成象傳遞函數H
文檔編號G06K9/36GK1455368SQ03117689
公開日2003年11月12日 申請日期2003年4月9日 優(yōu)先權日2003年4月9日
發(fā)明者文玉梅, 李平 申請人:重慶大學