專利名稱：光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，尤其是光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，其目的在于解決任意運(yùn)動(dòng)模糊圖像的復(fù)原，具有實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)、高分辨成像的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)屬于圖像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高分辨率圖像被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是衛(wèi)星成像，航空偵察成像、遙感等領(lǐng)域。然而，這些應(yīng)用場(chǎng)合的圖像往往因飛行運(yùn)動(dòng)、各種振動(dòng)、姿態(tài)變化等各種因素影響，造成模糊，圖像空間分辨率下降。另外，航空航天成像獲得的圖像信息往往是海量的，對(duì)這些海量信息快速實(shí)時(shí)處理，第一時(shí)間內(nèi)迅速獲取有用的目標(biāo)信息，是快節(jié)奏的現(xiàn)代化高技術(shù)必然要求。雖然計(jì)算機(jī)的發(fā)展大大提高了圖像處理速度，但對(duì)海量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理， 仍有勉為其難的時(shí)候。而事后的圖像處理又將花費(fèi)大量的時(shí)間和財(cái)力，實(shí)時(shí)性差，不能滿足高技術(shù)快節(jié)奏的要求。目前，用于圖像復(fù)原的方法主要是通過(guò)各種圖像復(fù)原算法，它們主要可以分為兩種直接算法和盲復(fù)原算法(迭代算法)。直接算法像逆濾波、維納濾波等是直接從圖像本身提取運(yùn)動(dòng)函數(shù)，然而這種方法因?yàn)楦鞣N振動(dòng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，圖像本身往往沒有銳利的邊緣，在獲取點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF是往往精度不夠高。另外，雖然盲復(fù)原算法不需要提前獲知點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，但這種迭代算法需要對(duì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行初始的估計(jì)，因此圖像恢復(fù)的效果往往取決于估計(jì)的精度，如果估計(jì)精度偏差大，恢復(fù)圖像的效果不甚理想。而且以上兩種算法一般都比較復(fù)雜。而往往一次遙感數(shù)據(jù)量高達(dá)1000G Mbytes甚至海量，如果進(jìn)行事后的圖像處理，又將花費(fèi)大量的時(shí)間和財(cái)力，不能滿足高技術(shù)對(duì)海量圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理要求，實(shí)時(shí)性差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服成像中因運(yùn)動(dòng)圖像模糊、實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，本發(fā)明的光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，將解決圖像模糊和實(shí)時(shí)性差的難題。本發(fā)明的光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，技術(shù)特點(diǎn)是采用光學(xué)相關(guān)處理與數(shù)字處理相結(jié)合的混合處理方法，包括以下步驟步驟(1)首先利用高速CCD圖像傳感器獲得目標(biāo)的圖像序列，將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)1 中，并將相鄰圖像并排輸入到空間光調(diào)制器1中，其中當(dāng)前幀為參考圖像，下一幀為輸入圖像(目標(biāo)圖像)。步驟(2)經(jīng)過(guò)透鏡1準(zhǔn)直的激光(laser)照射空間光調(diào)制器1，并通過(guò)傅里葉變換透鏡2，在其傅里葉透鏡輸出面上用CXD 1探測(cè)器記錄參考圖像和目標(biāo)圖像的聯(lián)合變換功率譜。步驟( 將該功率譜輸入到計(jì)算機(jī)2內(nèi)，經(jīng)數(shù)字處理器處理再輸入到空間光調(diào)制器2中，經(jīng)另一路激光照射空間光調(diào)制器2和傅里葉變換透鏡3，由CCD2探測(cè)器記錄其相關(guān)峰。步驟(4)探測(cè)并處理出目標(biāo)圖像相對(duì)于參考圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，即相鄰兩幀之間的
運(yùn)動(dòng)矢量。步驟(5)不斷以下一幀代替當(dāng)前幀作為參考圖像，探測(cè)出一系列運(yùn)動(dòng)矢量，處理出主CXD成像系統(tǒng)一次曝光時(shí)間內(nèi)圖像的運(yùn)動(dòng)矢量。步驟(6)通過(guò)運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)處理出運(yùn)動(dòng)圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。步驟(7)最后利用該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)確立圖像復(fù)原算法，對(duì)主CCD成像系統(tǒng)獲得的模糊圖像實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)復(fù)原，獲得高分辨、實(shí)時(shí)圖像。該方法同時(shí)兼有光學(xué)圖像處理的高速(基本上按光速進(jìn)行)、大容量、并行處理與數(shù)字處理技術(shù)的靈活性、精確性、可編程的優(yōu)點(diǎn)，因此圖像復(fù)原精度高、實(shí)時(shí)性好。光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，其主要包括由主(XD、高速CXD、CXDl、(XD2、激光器(laser)、透鏡1、透鏡2、透鏡3、空間光調(diào)制器1、空間光調(diào)制器 2、計(jì)算機(jī)1、計(jì)算機(jī)2、數(shù)字處理器組成。所述高速CXD用于獲取目標(biāo)圖像序列。所述探測(cè)器(XD1、(XD2用于探測(cè)聯(lián)合圖像功率譜和相關(guān)峰。所述數(shù)字處理器用于數(shù)字處理及圖像復(fù)原處理。所述空間光調(diào)制器1和2用于顯示圖像。所述主CXD成像用于獲取目標(biāo)圖像。所述激光用作系統(tǒng)的光源。


圖1是本發(fā)明的基本原理圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的相關(guān)峰輸出圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的圖像復(fù)原結(jié)果對(duì)比。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳述，但本發(fā)明絕非僅限所介紹的實(shí)施例。如圖1所示，光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法包括以下步驟步驟⑴首先利用高速CCD圖像傳感器獲得目標(biāo)的圖像序列，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)1中， 并將相鄰圖像并排輸入到空間光調(diào)制器1中，其中當(dāng)前幀為參考圖像r(x，y)，下一幀為輸入圖像(目標(biāo)圖像){0^，7)，所以聯(lián)合圖像為1^，7)+{0^，7)。步驟(2)將經(jīng)過(guò)透鏡1準(zhǔn)直過(guò)的激光照射空間光調(diào)制器1，并通過(guò)傅里葉變換透鏡 2，在其傅里葉透鏡輸出面上用CCDl探測(cè)器記錄參考圖像和目標(biāo)圖像的聯(lián)合變換功率譜， 其聯(lián)合功率譜S (u，ν)數(shù)學(xué)表示式為S(u, v) I2 = R(u, ν) 2+|T(u, ν) 2+R (u，ν) Τ* (u，ν) exp [-2 π u Δ χ-2 π ν (2a+ Δ y)]
+T (u，ν) R* (u，ν) exp [2i π u Δ x+2i π ν (2a+ Δ y)]
式中S (u，ν)，R(u，ν)，T (u，ν)分別代表 s(x，y)，r(x, y)和 t(x，y)的傅里葉變換，(U，ν)分別代表X和y方向在傅里葉平面上的空間坐標(biāo)，其中X = λ fU，y = λ fV，λ 和f分別代表激光的工作波長(zhǎng)和透鏡2的焦距。步驟C3)然后將該功率譜輸入到計(jì)算機(jī)2內(nèi)，經(jīng)數(shù)字處理器處理再輸入到空間光調(diào)制器2中，經(jīng)另一路激光照射空間光調(diào)制器2和傅里葉變換透鏡3，由(XD2探測(cè)器記錄其相關(guān)峰，其相關(guān)峰c (x，y)輸出為c(x, y) = r(x, y) Θ r(x, y) + t(x, y) t(x, y)+ r{x, y) <8)χ + Δχ, y + 2a + Aj)+ t(x,y) r(x,γ)χ (χ- Ax,y-2a- Ay)式中@代表相關(guān)操作，δ代表狄拉克符合，Δχ, Ay分別代表相鄰兩幀圖像因運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的相對(duì)位移。步驟(4)探測(cè)并通過(guò)數(shù)字處理器處理出目標(biāo)圖像相對(duì)于參考圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，即相鄰兩幀之間的運(yùn)動(dòng)矢量(Δχ，Ay)。步驟(5)不斷以下一幀代替當(dāng)前幀作為參考圖像，探測(cè)出一系列運(yùn)動(dòng)矢量的坐標(biāo)位置，處理出主CXD成像系統(tǒng)一次曝光時(shí)間內(nèi)圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，即知道曝光時(shí)間內(nèi)圖像運(yùn)動(dòng)的軌跡曲線。步驟(6)通過(guò)運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)處理出運(yùn)動(dòng)圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)。步驟(7)最后利用該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)確立圖像復(fù)原算法，對(duì)主成像系統(tǒng)獲得的模糊圖像實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)復(fù)原，獲得高分辨、實(shí)時(shí)圖像。復(fù)原算法表達(dá)式如下G(u, ν) = H(u, v)F(u, v)+N(u, ν)S*G(U，V)，H(U，V)，F(xiàn)(U，V)分別代表模糊圖像、清晰圖像、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的傅里葉變換。本發(fā)明是利用快速實(shí)時(shí)光學(xué)相關(guān)原理對(duì)高速CCD采集的圖像序列進(jìn)行光學(xué)相關(guān)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)圖像運(yùn)動(dòng)位移矢量的相關(guān)探測(cè)，處理速度比數(shù)字電子處理提高數(shù)百倍。進(jìn)而建立點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF的精確模型，然后通過(guò)該模型確立圖像復(fù)原算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)主CCD成像系統(tǒng)獲得的模糊圖像進(jìn)行高分辨率、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)圖像復(fù)原。該方法具有位移矢量探測(cè)精度高，PSF 建模精確，因而圖像恢復(fù)精度高；同時(shí)該方法兼有光學(xué)圖像處理的高速(基本上按光速進(jìn)行)、大容量、并行處理與數(shù)字處理技術(shù)的靈活性、精確性、可編程的優(yōu)點(diǎn)，因此，實(shí)時(shí)性好。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，其特征是包括以下步驟(1)首先利用高速CCD圖像傳感器獲得目標(biāo)的圖像序列，并將相鄰圖像并排輸入到空間光調(diào)制器1中，其中當(dāng)前幀為參考圖像，下一幀為輸入圖像(目標(biāo)圖像)；(2)經(jīng)過(guò)透鏡1準(zhǔn)直的激光照射空間光調(diào)制器1，并通過(guò)傅里葉變換透鏡2，在其傅里葉透鏡輸出面上用CCDl探測(cè)器記錄參考圖像和目標(biāo)圖像的聯(lián)合變換功率譜；(3)將該功率譜輸入到計(jì)算機(jī)2內(nèi)，經(jīng)處理再輸入到空間光調(diào)制器2中，經(jīng)另一路激光照射空間光調(diào)制器2和傅里葉變換透鏡3，由CCD2探測(cè)器記錄其相關(guān)峰；(4)探測(cè)并處理出目標(biāo)圖像相對(duì)于參考圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，即相鄰兩幀之間的運(yùn)動(dòng)矢量；(5)不斷以下一幀代替當(dāng)前幀作為參考圖像，探測(cè)出一系列運(yùn)動(dòng)矢量，處理出主成像系統(tǒng)一次曝光時(shí)間內(nèi)圖像的運(yùn)動(dòng)矢量；(6)通過(guò)運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)處理出運(yùn)動(dòng)圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；(7)最后利用該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)確立圖像復(fù)原算法，對(duì)主成像系統(tǒng)獲得的模糊圖像進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)復(fù)原。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述，其特征在于步驟(6)中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是通過(guò)光學(xué)相關(guān)原理探測(cè)出相關(guān)峰的坐標(biāo)位置，來(lái)確定圖像運(yùn)動(dòng)矢量，進(jìn)而得到點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述，其特征在于圖像復(fù)原方法利用了光學(xué)處理的方法，即光學(xué)相關(guān)原理。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述，其特征在于該方法是采用光電混合處理的圖像復(fù)原方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，具體涉及一種光電混合聯(lián)合變換相關(guān)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模糊圖像的復(fù)原方法。該方法是利用快速實(shí)時(shí)光學(xué)相關(guān)原理對(duì)高速CCD采集的圖像序列進(jìn)行光學(xué)相關(guān)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)圖像運(yùn)動(dòng)位移矢量的相關(guān)探測(cè)，處理速度比數(shù)字電子處理提高數(shù)百倍。進(jìn)而建立點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)PSF的精確模型，然后通過(guò)該模型確立圖像復(fù)原算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)主成像CCD系統(tǒng)獲得的模糊圖像進(jìn)行高分辨率、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)圖像復(fù)原。該方法具有位移矢量探測(cè)精度高，PSF建模精確，因而圖像恢復(fù)精度高；同時(shí)該方法兼有光學(xué)圖像處理的高速、大容量、并行處理與數(shù)字處理技術(shù)的靈活性、精確性、可編程的優(yōu)點(diǎn)，因此，圖像實(shí)時(shí)性好。
文檔編號(hào)G06T5/50GK102509277SQ20111028320
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者程曉薇, 邵杰, 金偉民, 錢義先 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)