[发明专利]一种提高基于光电联合变换相关器的图像去模糊精度方法

摘要

本发明公开了一种提高基于光电联合变换相关器的图像去模糊精度方法,其步骤如下1)捕获序列图像，输入到空间光调制器中；2)功率谱相机捕获联合功率谱；3)通过傅立叶透镜变换后得到的相关输出；4)通过质心搜索算法，计算当前帧和下一帧之间的相对位移；5)用目标图像更换参考图像；6)对位移矢量分别进行运动路径再估计；7)对序列反序求逆得到单应矩阵；8)预测模糊图像；9)迭代t次后的残差；10)利用残差，进行图像复原迭代计算；11)获得满意的去模糊效果图；本发明通过对光电联合变换的相关器检测出的运动矢量进行投影运动路径的估计，提高重建精度；改善去模糊的效果，重建精度提升到接近原系统帧率两倍的性能。

主权项

一种提高基于光电联合变换相关器的图像去模糊精度方法，具体步骤如下：1)在一个低帧率高分辨率相机，积分曝光周期内，由另一台高速CCD相机所捕获的相邻的序列图像Ii(x,y‑a)和Ii+1(x+Δx,y+a+Δy)并排输入到空间光调制器中，空间光调制器放置在傅里叶透镜的前焦平面上；其中前帧图像Ii(x,y‑a)为参考图像r(x,y)，图像Ii+1(x+Δx,y+a+Δy)为目标图像t(x,y)，a表示两幅图像在y方向上的间，Δx和Δy分别表示图像r(x,y)与图像t(x,y)的相对运动位移矢量；2)使用准直的激光照射空间光调制器上的联合图像，联合图像将会显示在傅里叶透镜的前焦面上，并且在透镜的后焦平面产生联合功率谱；由功率谱相机捕获的联合功率谱可以表示为|S(u,v)|2＝|R(u,v)|2+|T(u,v)|2+R(u,v)T*(u,v)exp[‑2iπuΔx‑2iπv(2a+Δy)]+T(u,v)R*(u,v)exp[2iπuΔx+2iπv(2a+Δy)]  (4)其中S(U，V)，R(U，V)和T(U，V)分别代表联合输入图像S(x，y)，参考图像r(x，y)和目标图像t(x，y)的傅里叶变换；(U，V)表示傅里叶平面上的空间频率坐标；它们与实际空间坐标(x，y)的关系是x＝λfu和y＝λfv，其中λ和f分别表示激光的工作波长和傅里叶透镜的焦距；3)将联合功率谱再次输入到空间光调制器中，通过傅立叶透镜变换后得到的相关输出c(x，y)如下式表示：c(x,y)=r(x,y)⊗r(x,y)+t(x,y)⊗t(x,y)+r(x,y)⊗t(x,t)×δ(x+Δx,y+2a+Δy)+t(x,y)⊗r(x,y)×δ(x-Δx,y-2a-Δy)---(5)]]>表示相关操作，公式(5)的第三和第四项包含互相关峰的位置信息；4)通过质心搜索算法，得到互相关峰的真实位置坐标，当前帧和下一帧之间的相对位移PiPi+1(x,y)，由下式给出：PiPi+1(x,y)＝pi+1(x,y)‑p(x,y)  (6)其中pi(x,y)和pi+1(x,y)表示两个互相关峰的坐标位置，PiPi+1(x,y)表示相对位移向量；5)不断用目标图像t(x,y)更换参考图像r(x,y)，重复步骤1)～4)在低帧率高分辨率相机曝光时间内获得一系列相对图像位移{PiPi+1(x,y)}序列，记为{S1..Si..SN}；由于相对运动引起图像平面的投影变换，设定{H1..Hi..HN}是3×3的非奇异单应矩阵序列，用{H1..Hi..HN}序列对应相对图像位移序列{S1..Si..SN}，每个Hi(i∈1,2,...,N)表示相邻两幅图像平面之间的投影变换映射；其中高速相机在低帧率高分辨率CCD相机曝光时间内所拍摄的图像数为N+1幅；6)对第5步中获得的{H1..Hi..HN}中的每个位移矢量Hi分别进行运动路径再估计；根据{H1..Hi..HN}绘出位移矢量整体离散图，横轴为时间，纵轴为Hi，将离散点拟合成一条平滑曲线，然后以原点为起点，将相邻两个位移矢量区间等间隔划分为m个子区间，则相邻的两个位移矢量之间可得到一个子序列设为子运动矢量，每个子运动矢量对应于一个单应矩阵，用序列表示子运动矢量序列对应的矩阵序列，且有其中(i∈1,2,...,N；k∈1,2,...,m)表示第i个位移矢量的第k个子运动矢量；7)对第六步中得到的序列反序求逆得到N×m个单应矩阵，用序列刻画复原运动路径；8)按下面公式计算预测模糊图像B't：其中N表示相对位移矢量个数，m表示每个位移矢量划分个数，t是迭代次数，x表示3×1维的像素矢量坐标；9)根据上面得到的预测模糊图像，按下面公式计算迭代t次后的残差：其中B(x)是模糊图像，B't(x)是迭代t次后的预测模糊图像；10)利用残差，按下面公式进行图像复原迭代计算：11)设置迭代次数t，根据N，m，重复执行步骤8‑10，直到最终获得满意的去模糊效果图。