[发明专利]一种基于点扩散函数的水下图像超分辨率重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下图像超分辨率重建领域，尤其涉及一种基于点扩散函数的水下图像超分辨率重建方法。

背景技术

近年来，随着人类对海洋资源开发的不断深入，水下视觉已成为海底目标检测、海洋地理工程及海洋军事等领域不可或缺的组成部分。在水下环境中，由于水介质造成光强衰减、前后向散射噪声等因素影响，造成成像质量较差，细节模糊，难以获得准确信息。因此可以通过超分辨率重建的方法对图像进行处理，以获得更加清晰分辨率更高的图像。

水下激光距离选通成像技术是当下较为成熟的水下光电成像技术之一，对于提高水下成像系统的成像质量具有良好的效果。激光距离选通成像的原理如图2所示。水体的光学窗口大致在480～550nm，所以水下距离选通成像方式常以Nd:YAG固体脉冲激光器作为照射光源，T₀时刻激光发射入射光照明目标物体，由于ICCD探测器上的选通门关闭，水体的大量后向散射光不能进入探测器，探测完整目标所需时间ΔT，T₁时刻目标反射光到达探测器，选通门开启ΔT的时间，ICCD对探测目标完整成像，由此可屏蔽掉大部分的水体后向散射光，增加水下光电成像系统的作用距离。水下距离选通成像技术的应用，可以将水下光电成像设备的探测距离提高3～5倍。

凸集投影法(ProjectionsOntoConvexSets,POCS)在众多超分辨率重建的算法中具有重要的地位。在POCS算法中，退化函数是重要的先验知识。然而在不同的水域、不同的光照条件下，水下图像的退化程度差异很大，退化函数具有不确定性。目前对于水下图像的退化模型尚鲜见系统定量的研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于点扩散函数的水下图像超分辨率重建方法，能够求解水下连续帧图像的退化函数，即点扩散函数，运用到POCS算法中，从而提高水下图像的分辨率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为包括以下几个步骤：

S1：采用激光距离选通的方法对靶标拍摄一组连续帧图像，以连续帧图像中的第一帧作为参考帧，将参考帧作为复原图像，将第二帧图像作为观测图像。

S2：针对复原图像和观测图像进行盲解卷积处理，获得当前帧的点扩散函数，然后使用当前帧的点扩散函数对复原图像进行更新。

S3：将观测图像更新为第三帧图像，针对更新后的复原图像和观测图像进行盲解卷积处理，求得当前帧的点扩散函数，然后使用当前帧的点扩散函数对复原图像进行更新。

S4：依此类推，最终得到以最后一帧图像为观测图像时更新后的复原图像；将该更新后的复原图像与参考帧做盲解卷积的处理，求得最终的点扩散函数。

S5：将最终的点扩散函数带入凸集投影法POCS算法中，替换凸集投影法POCS算法中图像的退化模型，改进POCS算法，提高水下图像的分辨率。

进一步地，盲解卷积的处理包括：求解第t帧图像与复原图像的点扩散函数ft=argminft≥0||yt-Ftxt-1||2;]]>其中复原图像x_t的迭代公式为：