[发明专利]多尺度自校准气动光学效应湍流退化图像复原方法及系统

说明书

本发明公开了一种多尺度自校准气动光学效应湍流退化图像复原方法，包括以下步骤：S1、提取原始气动光学效应湍流退化图像的特征图；S2、通过预先构建的自校准网络对特征图进行校准，得到针对湍流退化图像局部模糊区域校准的局部融合特征图；S3、对原始气动光学效应湍流退化图像的特征图进行多尺度卷积恢复，得到针对全局区域的全局恢复特征图；S4、将局部融合特征图和全局恢复特征图合并，并通过卷积对合并后的特征图进行图像复原。本发明能在利用图像潜在高、低分辨率空间信息的同时兼顾到图像的多尺度信息，从而精准复原气动光学效应湍流退化图像。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于多尺度自校准网络的气动光学效应湍流退化图像复原方法及系统。

背景技术

当飞行器到达一定的速度后周围空气产生的压缩效应会使流场密度发生改变，使光学系统成像的性能造成不利影响。由气动光学效应引起的图像模糊会受到各种因素的影响。和生活中的退化图像不同，湍流图像恢复的过程具有更多复杂的因素：1.大气折射率的改变会影响光学系统成像过程中图像的分辨率；2.空气层中的低空风切变和空气层中的不稳定性、湍流介质的影响及传输过程中设备的不完善造成图像质量下降；3.原图像退化的情况未知，难以从湍流退化图像中估计退化模型，且各种自然现象造成了随机因素的干扰。

现有的传统气动光学效应退化图像复原方法通常采用三种方式：1、流场控制方法；2、自适应光学方法；3、数字图像复原方法。以上方法能够减小气动光学效应的影响，但现有的算法对其求解出的点扩散函数始终会有偏差。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种可以提高光学效应湍流退化图像复原精度的方法。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种多尺度自校准气动光学效应湍流退化图像复原方法，包括以下步骤：

S1、提取原始气动光学效应湍流退化图像的特征图，特征图大小为C×H×W，其中通道维数为C，H、W分别为湍流退化图像的高、宽；

S2、通过预先构建的自校准网络对特征图进行校准，具体沿着通道维度将特征图分离为两个子特征图，每个子特征图的通道数为C/2，提取其中一个子特征图的高、低分辨率空间特征，并进行加权融合，得到校准空间特征；提取另一个子特征图的原始分辨率空间特征；将原始分辨率空间特征与校准空间特征进行融合，得到针对湍流退化图像局部模糊区域校准的局部融合特征图；

S3、对原始气动光学效应湍流退化图像的特征图进行多尺度卷积恢复，得到针对全局区域的全局恢复特征图；

S4、将局部融合特征图和全局恢复特征图合并，并通过卷积对合并后的特征图进行图像复原。

接上述技术方案，步骤S2中，将融合特征图作为输入，重复m次融合操作，将m个融合特征图进行级联，作为终的融合特征图，其中m为自然数。

接上述技术方案，步骤S2中对高、低分辨率空间特征使用sigmoid函数进行加权融合，得到校准空间特征。

接上述技术方案，步骤S2中具体采用卷积层提取湍流退化图像的特征图。

接上述技术方案，步骤S3中，具体利用一多通道滤波器，不同通道中卷积核的空洞率不同，从而形成多尺度卷积，该多通道滤波器的通道数等于特征图的通道维数C；

利用多尺度卷积将原始气动光学效应湍流退化图像的特征图感受野扩大，经过多尺度卷积后输出的全局区域恢复后的特征图。

本发明还提供一种基于多尺度自校准网络的气动光学效应湍流退化图像复原系统，包括：