專利名稱：用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列恢復(fù)數(shù)字圖像的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從一個(gè)或多個(gè)觀察到的數(shù)字圖像重構(gòu)真實(shí)圖像或圖像序列的方法與設(shè)備。所觀察到的圖像可能由于透鏡的光學(xué)像差、不期望的運(yùn)動(dòng)(相機(jī)抖動(dòng))或類似的現(xiàn)象而模糊。
背景技術(shù)：
在如理論上由近軸光學(xué)器件所描述的理想光學(xué)系統(tǒng)中，點(diǎn)源發(fā)射出的所有光線都匯聚到焦平面中的單個(gè)點(diǎn)，形成清楚而清晰(sharp)的圖像。光學(xué)系統(tǒng)與這種行為的偏離被稱為像差，會(huì)造成圖像不期望的模糊。照相透鏡的制造商試圖通過(guò)組合若干個(gè)透鏡來(lái)最小化光學(xué)像差。復(fù)合透鏡的設(shè)計(jì)與復(fù)雜性依賴于各種因素，例如，光圈大小、焦距和對(duì)失真的限定。光學(xué)像差是不可避免的而且透鏡的設(shè)計(jì)總是在包括成本的各個(gè)參數(shù)之間進(jìn)行折中。類似地，當(dāng)從地球表面觀察天文對(duì)象時(shí)，其發(fā)射或反射的光必須穿過(guò)大氣，這會(huì)產(chǎn)生模糊的觀察圖像。因此，在天文學(xué)中，給所觀察到的天體的圖像去模糊是一個(gè)基本的問(wèn)題。由于模糊不僅未知而且由于大氣湍流引起的折射指數(shù)的波動(dòng)還隨時(shí)間和空間持續(xù)變化的事實(shí)，這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜·。眾所周知，按湍流平穩(wěn)的時(shí)間量程的曝光時(shí)間(即，比十分之一秒還要短)產(chǎn)生包含所研究天體的高頻信息的圖像。這個(gè)事實(shí)在散斑成像(Speckle Imaging)中被利用，其中散斑成像是用于恢復(fù)封裝在短時(shí)間曝光圖像中的高頻信息的各種技術(shù)與算法的集合。由于大氣湍流的隨機(jī)本質(zhì),散斑成像技術(shù)必須考慮大量的圖像來(lái)實(shí)際恢復(fù)衍射受限的信息。在散斑干涉成像中，短曝光圖片在傅立葉域中被處理。通過(guò)CXD技術(shù)中提供優(yōu)越信噪比的新發(fā)展(電子倍增CXD照相機(jī))，近年來(lái)所謂的幸運(yùn)成像(Lucky Imaging)方法變得很流行。通常要收集大量的圖像(>10000)，其中只有非常小的一個(gè)百分比用于產(chǎn)生一個(gè)高質(zhì)量的圖像。對(duì)于所選圖像的組合，已經(jīng)建議了不同的注冊(cè)與超分辨率方法。另一方面，相機(jī)抖動(dòng)是手持式、更長(zhǎng)曝光照片的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，尤其發(fā)生在低照明情況下，例如建筑物內(nèi)部。除了例如平移攝影的少數(shù)例外，相機(jī)抖動(dòng)都是不期望的，因?yàn)樗３Ｆ茐募?xì)節(jié)并模糊圖像。透鏡上光學(xué)像差、大氣模糊或者相機(jī)抖動(dòng)及許多其它因素的影響可以表達(dá)為(或者有時(shí)候至少近似為)實(shí)時(shí)圖像的真實(shí)清晰的變換，這種變換可以寫成矩陣矢量乘法(MVM)y=Ax(I)其中X是代表兼容或真實(shí)圖像的矢量，y是觀察到的圖像，而A是表示線性圖像變換的矩陣。但是，在一般的情況下，在給定X和y的情況下估計(jì)A是計(jì)算代價(jià)高昂的。因此，期望能適當(dāng)?shù)叵薅ń饪臻g，即，不為了有效地執(zhí)行MVM而過(guò)分犧牲可表達(dá)性，因?yàn)檫@些對(duì)于盲解卷積算法是基本的操作。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供用于處理光學(xué)像差、相機(jī)抖動(dòng)或大氣模糊的影響的方法，所述方法可以有效地實(shí)現(xiàn)并且有可能在線執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
這個(gè)目標(biāo)是根據(jù)本發(fā)明由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的方法與設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。有利的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中定義。本發(fā)明的關(guān)鍵思想是采用在維持計(jì)算可行的同時(shí)對(duì)許多現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用能夠充分表達(dá)的一類線性過(guò)濾器。根據(jù)本發(fā)明，滿足這種需求的線性過(guò)濾器是所謂的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)。本發(fā)明范圍內(nèi)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)可以是空間不變的或者空間變化的，即，依賴于要應(yīng)用其的圖像片的位置。在空間不變PSF的情況下，這些過(guò)濾器可以由(具有某個(gè)長(zhǎng)度k的)矢量a表示，而
且它們的操作可以定義為X與a的卷積，
權(quán)利要求
1.一種用于從由圖像獲取設(shè)備獲取的圖像(y)重構(gòu)真實(shí)圖像(X)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，其中圖像獲取設(shè)備具有透鏡，該方法包括步驟: -獲得數(shù)字形式的所獲取圖像(y)； -基于數(shù)字形式的所獲取圖像和透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)來(lái)估計(jì)真實(shí)圖像(X);及 -輸出所估計(jì)的真實(shí)圖像U)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)是空間變化點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中·真實(shí)圖像(X)的每個(gè)顏色通道是通過(guò)單獨(dú)的空間變化點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(FR、FG、FB)來(lái)估計(jì)的。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中估計(jì)真實(shí)圖像(X)還對(duì)漸暈進(jìn)行校正。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中估計(jì)步驟還基于圖像獲取設(shè)備的顏色過(guò)濾器陣列(CFA)的模型。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)是通過(guò)利用點(diǎn)光源自動(dòng)測(cè)量透鏡來(lái)確定的。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中透鏡是復(fù)合透鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中圖像獲取設(shè)備是電子顯微鏡。
9.一種用于從由圖像獲取設(shè)備獲取的圖像(y)重構(gòu)真實(shí)圖像(X)的設(shè)備，其中圖像獲取設(shè)備具有透鏡，該設(shè)備包括: -用于獲得數(shù)字形式的所獲取圖像(y)的裝置； -用于基于數(shù)字形式的所獲取圖像和透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)來(lái)估計(jì)真實(shí)圖像(X)的裝置；及 -用于輸出所估計(jì)的真實(shí)圖像(X)的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)是空間變化點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(A)。
11.一種用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列G1，…，yT)恢復(fù)數(shù)字圖像(X)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括步驟: -獲得所觀察到的數(shù)字圖像(yt)； -基于所觀察到的圖像(yt)估計(jì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)； -基于所估計(jì)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)和所觀察到的圖像(yt)來(lái)估計(jì)被恢復(fù)的數(shù)字圖像(X); -重復(fù)以上步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中被恢復(fù)的數(shù)字圖像(X)具有比所觀察到的數(shù)字圖像(yt)更高的分辨率。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中所觀察到的數(shù)字圖像中的飽和像素至少部分地被忽略。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，應(yīng)用到所觀察到的數(shù)字圖像序列(yi，…，yT)的單獨(dú)顏色通道。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中被恢復(fù)的圖像(X)的全部顏色通道被同時(shí)估計(jì)。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中: -所觀察到的圖像被分成片； -多個(gè)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)被聯(lián)合估計(jì)，每個(gè)片一個(gè)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft);及 -被恢復(fù)的數(shù)字圖像(X)是基于聯(lián)合估計(jì)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)與所觀察到的圖像來(lái)估計(jì)的。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括步驟: -通過(guò)所觀察到的數(shù)字圖像(yt)的雙邊過(guò)濾除去噪聲 '及 -通過(guò)所觀察到的數(shù)字圖像(yt)的沖擊過(guò)濾強(qiáng)調(diào)邊緣。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該方法被在線執(zhí)行。
19.如權(quán)利要求 11所述的方法，其中所觀察到的數(shù)字圖像序列(yi，…，yT)是天文圖像序列。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所觀察到的數(shù)字圖像序列Cy1,…，yT)是磁共振圖像(MRI)序列。
21.一種用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列(yi，…，yT)恢復(fù)數(shù)字圖像(X)的設(shè)備，該設(shè)備包括: -用于獲得所觀察到的數(shù)字圖像(yt)的模塊； -用于基于所觀察到的圖像(yt)估計(jì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)的模塊； -用于基于所估計(jì)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)和所觀察到的圖像(yt)來(lái)估計(jì)被恢復(fù)的數(shù)字圖像(X)的模塊； 其中 該設(shè)備適于執(zhí)行如權(quán)利要求11所述的方法。
22.—種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，存儲(chǔ)如權(quán)利要求11所述的方法恢復(fù)的數(shù)字圖像。
全文摘要
本公開涉及用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列恢復(fù)數(shù)字圖像的方法與設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列(y1,…,yT)恢復(fù)數(shù)字圖像(x)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法包括步驟獲得所觀察的數(shù)字圖像(yt)；基于所觀察到的圖像(yt)估計(jì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)；基于所估計(jì)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(ft)和所觀察到的圖像(yt)來(lái)估計(jì)恢復(fù)的數(shù)字圖像(x)并且重復(fù)以上步驟。為了校正透鏡的光學(xué)像差，可以使用透鏡的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
文檔編號(hào)G06T5/00GK103201765SQ201180053690
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者S·哈爾梅林, M·海爾什, S·蘇拉, B·什沃爾考普夫, C·J·舒樂(lè) 申請(qǐng)人:馬普科技促進(jìn)協(xié)會(huì)