基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107301667A(43)申请公布日2017.10.27(21)申请号201710402292.5(22)申请日2017.06.01(71)申请人中国人民解放军国防科学技术大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人刘煜李卫丽赖世铭徐玮张茂军(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司11429代理人陆薇薇(51)Int.Cl.G06T7/80(2017.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法(57)摘要本发明提供一种基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法，首先用单透镜在正常光圈下拍摄棋盘格标定板，然后用单透镜在极小光圈下拍摄棋盘格标定板，基于所得到的模糊与清晰的棋盘格图像对，将单透镜的模糊核标定问题转换为非盲卷积图像复原，并采用优化算法求解该非盲卷积图像复原问题的目标函数，从而得到单透镜的PSF。本方法在现有的单透镜计算成像算法的基础上，借助棋盘格标定板，标定过程简单，实际操作性强，而且增加了所估计PSF的精度，在保证图像质量的同时大大降低镜头成本，减小了镜头的体积与重量，在图像处理和相机设计领域具有重要的意义。CN107301667ACN107301667A权利要求书1/1页1.一种基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用单透镜成像系统在正常光圈下拍摄棋盘格图像，得到模糊棋盘格图像；步骤二：采用所述单透镜成像系统在最小光圈下拍摄所述棋盘格图像，得到清晰棋盘格图像；步骤三：将所述模糊棋盘格图像和所述清晰棋盘格图像作为输入值，构造该非盲卷积图像复原目标函数，所述非盲卷积图像复原目标函数为：其中，K表示单透镜的模糊核，又称点扩散函数PSF；I表示清晰图像；B表示由单透镜成像系统直接得到的模糊图像；表示数据拟合项；表示模糊核先验，其中表示模糊核的导数；表示能量限制项，满足∑x,yK(x,y)＝1，其中(x,y)表示模糊核的坐标；λ1和λ2分别表示模糊核先验与能量限制项的在目标函数中的权重；步骤四：采用EM优化算法求解所述非盲卷积图像复原的目标函数，得到所用单透镜的PSF估值。2.根据权利要求1所述的基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法，其特征在于，所述棋盘格为黑白棋盘格。3.根据权利要求1所述的基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法，其特征在于，所述EM优化算法包括以下步骤：(1)E-step：令Q(I)＝P(I|B,K)，并计算出Q(I)的均值u和方差C，其中P(I|B,K)表示在已知模糊图像B和模糊核K的条件下，对应的清晰图像为I的概率；均值u代表给定当前模糊核时潜在的清晰图像，C代表清晰图像周围的方差；(2)M-step：找到使K*I-B达到最小值的K值，即使式(2)达到最小值；2EQ[||K*I-B||](2)其中，EQ是目标函数的符号，所得最小值即为所用单透镜的PSF估值。2CN107301667A说明书1/5页基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法技术领域[0001]本发明涉及图像复原技术领域，具体的涉及一种基于棋盘格图像对单透镜计算成像PSF估计方法。背景技术[0002]目前，单反相机以其高清的成像质量、丰富的镜头选择、迅捷的响应速度、卓越的手控能力等优势在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。然而，为弥补单反镜头中镜片的几何畸变和像差，进一步提高成像质量，单反镜头的设计日益复杂，甚至包含数十个独立的光学器件。复杂的镜头在提高成像质量的同时，会增加镜头的体积和重量，给用户灵活使用增加难度，并增加镜头的成本。因此，在尽量消除镜片像差，增加成像质量的同时，如何降低镜头成本，使其更为轻便，也成为目前单反相机设计的重要需求之一。近年来，随着图像复原技术的快速发展，图像去模糊等方法越来越成熟，镜头中某些消除像差和修正几何畸变的镜片可由去模糊等计算摄影技术代替，从而减轻镜头的重量。因此，单透镜计算成像与图像复原技术的结合也逐渐成为单反相机设计的一个新的研究方向。[0003]单透镜计算成像的关键在于准确估计出单透镜成像系统的点扩散函数(PointSpreadFunction，PSF)，又称为模糊核。现有技术中估计模糊核常用的方法是利用盲卷积图像复原算法(N.Joshi,R.SzeliskiandD.J.Kriegman.PSFestimationusingsharpedgeprediction.IEEEInternationalConferenceonComputerVisionandPatternRecognition.pp.3-8,2008.)，但是利用盲卷积图像复原方法直接估计模