一种基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法.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CN106709879A(43)申请公布日2017.05.24(21)申请号201611121879.0(22)申请日2016.12.08(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)发明人刘煜詹达之张政熊志辉徐玮(74)专利代理机构北京中济纬天专利代理有限公司11429代理人陈立新(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法(57)摘要本发明提供一种基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法，本方法充分利用单透镜模糊核的稀疏性及相似性等特点，首先利用盲卷积算法估计出每个图像块的模糊核，结合模糊核TV先验，然后将模糊核进行平滑和去噪处理，基于邻域信息滤波后的PSF代替现有的PSF。相较于现有方法，该方法不需要复杂的实验环境及设备，基于简单透镜系统结合相关算法就能估计出空间变化的PSF，且增加去卷积过程的鲁棒性，抑制噪声及振铃效应等。CN106709879ACN106709879A权利要求书1/2页1.一种基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法，其特征在于：包括以下步骤，S1.采用简单透镜结合网络摄像机机身获取模糊图像，设获取的模糊图像的尺寸为H×W像素；S2.将简单透镜计算成像中的点扩散函数估计问题转换为盲卷积图像复原问题，即通过盲卷积图像复原算法求出简单透镜的模糊核，具体步骤如下：S21.将模糊图像按照尺寸等分成M×N块图像，每个图像块尺寸为像素；利用盲卷积图像复原算法估计出每个图像块对应的模糊核；S2.2利用简单透镜相邻模糊核的相似性及稀疏性，利用相邻区域进行平滑处理和设置阈值函数去除点扩散函数中的噪声，得到简单透镜的模糊核P(u,v)；将S21中每个估计出的当前图像块及其相邻的图像块的点扩散函数组通过与低通滤波器卷积运算来减少随机误差，滤波后的结果代替当前图像块原来的点扩散函数，其中低通滤波器的结构如下：滤波后进行去噪处理，通过设置与空间位置相关的阈值函数依次将每个图像块的点扩散函数中低于阈值的值设为零：其中P(u,v)是指p(u,v)经过去噪处理后最终的点扩散函数分布，p(u,v)是滤波处理后去噪处理前的当前点扩散函数的分布函数，(u,v)表示P(u,v)中的某一点，阈值T(u,v)为：T(u,v)＝1-H(u)H(v)H(u)函数与H(v)相同分布，其定义如下：其中，R是模糊核的半径，参数α是控制去噪函数去除噪声的强度。2.根据权利要求1所述的基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法，其2CN106709879A权利要求书2/2页特征在于：步骤S21中利用盲卷积估计出每个图像块对应的模糊核，其中盲卷积求解模糊核问题的目标函数可表述为：其中，k表示简单透镜的模糊核，又称点扩散函数；x表示清晰图像；y表示S1中得到的模糊图像；表示卷积操作；第一项是数据拟合项，表示模糊图像与卷积后清晰图像的匹配程度；第二项是x的一范数与二范数的商，是对清晰图像x的约束项；第三项μ||k||1表示对模糊核k的totalvariant先验知识，是对模糊核k的约束项；λ和μ是数据拟合项与约束项的权重系数；是对模糊核的能量守恒和非负性约束。3.根据权利要求2所述的基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法，其特征在于：在步骤S21盲卷积求解模糊核中，通过迭代求解公式(1)，其中迭代求解公式(1)的过程是在多尺度空间中进行的，具体过程如下：a.基于降采样建立一个图像尺寸由粗略到精细的图像金字塔，每两个图像层的比例为b.以3×3的高斯函数或者delta函数作为模糊核的初始值，当前图像块对应的图像金字塔的图像层的层数由设定的模糊核的尺寸与初始模糊核的尺寸的比值决定；c.通过依次在图像金字塔的不同层次尺度空间中利用迭代最小二乘法求解公式(1)，逐步迭代求得最终的模糊核，在每一层尺度空间，首先将上一层次尺度空间中所求得的模糊核作为初始值，将模糊图像代入公式(1)中的y求得潜在的清晰图像x，然后把潜在清晰图像和模糊核作为已知项代入下一个尺度空间，再求出模糊核和清晰图像，直至最后的尺度空间。3CN106709879A说明书1/6页一种基于简单透镜计算成像的空间变化点扩散函数平滑方法技术领域[0001]本发明主要涉及到数字图像处理领域，特指一种基于简单透镜计算成像的空间变化PSF(点扩散函数)平滑方法。背景技术[0002]现代的光学系统中，图片质量会因光学误差而降低，并且绝大多数具有球面镜结构的单凸透镜都会受到例如色差、球差、慧差等影响。为了解决这种困境，现有的光学成像系统主要是通过复杂的组合镜片