[发明专利]一种应用于关联成像的消除图像拖影的处理方法

说明书

本发明公开了一种应用于关联成像的图像拖影处理方法，包括：激光器①、毛玻璃②、光学透镜③、分束镜④、目标物体⑥、光强探测器⑦、光场探测器⑤、数据处理模块⑧以及终端设备⑨；激光经过毛玻璃后产生了随机强度的光场，经过分束镜分光以及光学透镜调整后分别被光强探测器和光场探测器接收，所得数据在图像恢复算法模块中进行图像恢复。本发明提出一种针对图像拖影处理算法，引入Hessian矩阵对光场数据进行预处理，可解决关联成像应用中因探测器曝光时间长等因素造成的图像拖影问题，提升关联成像结果图信噪比，该方法抗噪声能力强，计算速度快，实用效果好。

技术领域：

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种关联成像中基于Hessian矩阵的消除图像拖影的处理方法。

背景技术：

光学中的传统成像只涉及到光强的一阶统计特性，探测器记录的光场强度正比于光电子流，经过一定曝光时间内的积累，即可再现物体的干涉、衍射或成像信息。而关联成像技术在上世纪末期异军突起，开辟了利用照明场特定阶数的关联特性进行成像的全新领域。

关联成像对视场进行多次重复测量，再藉由计算多次测量结果的关联函数间接重构出被测物体的图像。相较于传统的直接成像，关联成像以需要对大量数据进行较为复杂的计算处理的时间代价，获取其他方面的突破优势，如成像质量，极限分辨率，对比度，图像动态范围与极弱信号感知等等。

在目前的关联成像实验中，关联成像的成像质量受到诸如相干时间、探测臂曝光时间、参考臂分辨率等多种参数的影响。尤其在高速成像、实时成像领域的应用中，为满足高频率重复采样的需求，光源的相干时间与探测臂的曝光时间常常存在着相互制约的问题。关联成像要求探测器的曝光时间小于光源的相干时间，但若曝光时间过短，探测臂信号强度响应不足，信噪比较低，图像重构质量受探测器热噪声影响大；曝光时间长，相干时间亦长，重复采样频率受限。针对后一种假设，在实际实验中，探测器的曝光时间长至接近光源相干时间的设置将导致重构图像中存在拖影结构，使得图像质量下降，目标难以识别。

本发明旨在提出一种使用Hessian矩阵对参考臂数据进行处理，将参考臂光场的灰度变化信息替代参考臂光场的强度信息，进而消除关联成像结果中图像拖影结构的方法，提升关联成像系统在复杂环境成像及高速成像应用中的鲁棒性。

发明内容：

本发明是为了提供一种关联成像中基于Hessian矩阵进行图像拖影处理的方法，该方法能够解决关联成像结果图中由于探测器参数设置不合适导致的成像结果图中具有图像拖影的问题，提高成像结果的图像质量并降低图像背景噪声。

本发明提供的技术方案为：

激光器①产生激光，经过旋转的毛玻璃②得到扩散的随机光场，再经过透镜③将光场收束为平行光场，之后通过分束镜④分为两路光场，分别为参考臂光路和探测臂光路，参考臂光路由光场探测器⑤直接记录光场的空间分布情况，探测臂放置目标物体⑥，光路经过目标物体后携带有物体信息，再由光强探测器⑦记录光场的总强度值。数据采集结束后，参考臂所采集得到的数据经由数据处理模块⑧进行拖影去除处理。

在处理过程中需要根据所采集的数据特征进行高斯函数的标准差、卷积核函数尺寸等参数的设置，进而求解二维高斯函数关于x，y和xy的二阶偏微分的表达式，计算高斯函数在卷积核函数尺寸范围内的三个二阶偏微分，根据二阶偏微分表达式计算对应的Hessian矩阵。之后将需要处理的参考臂光场数据每一帧分别与高斯函数二阶偏微分进行卷积运算，完成对参考臂光场数据的滤波。

处理完毕后的数据再经由终端⑨进行二阶关联，得到最终的恢复图像。

本发明至少包括以下有益效果：针对关联成像图像中具有拖影的问题，应用了Hessian 矩阵进行图像拖影去除，使得二阶关联恢复图像中目标物体更加清晰可见，其结构更加完整连续，提升了恢复图像的信噪比以及可见度。

附图说明

图1是实施例一和实施例二的实验装置图；