大气湍流退化图像重建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103310486A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103310486103310486A(43)申请公布日2013.09.18(21)申请号201310219440.1(22)申请日2013.06.04(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人张艳宁巩东孙瑾秋李海森(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人王鲜凯(51)Int.Cl.G06T17/05(2011.01)权利要求书3页权利要求书3页说明书7页说明书7页(54)发明名称大气湍流退化图像重建方法(57)摘要本发明公开了一种大气湍流退化图像重建方法，用于解决现有湍流图像重建和复原方法重建和复原图像清晰度差的技术问题。技术方案是首先进行多帧配准消除畸变图像，再重建基于时空近邻组合的衍射模糊图像，最后采用全局一致盲反卷积消除衍射模糊。由于该方法充分考虑了配准误差、配准插值造成的人造衍生物的影响以及空间和时间维度存在的冗余结构信息对重建观测物体的作用，利用建立时空中相似图像块以及图像块内像素与潜在高质量图像内容之间的统计依赖关系，并设计了相应的采样策略在时空中选取具有相似结构的高质量图像块。使用邻域合并方法求得衍射模糊图像。最后利用通用的全局一致反卷积方法对衍射模糊图像进行去模糊，得到了清晰的重建图像。CN103310486ACN103486ACN103310486A权利要求书1/3页1.一种大气湍流退化图像重建方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、使用基于B样条的非刚性配准方法估计畸变图像中像素点相对参考图像的运动场并对图像序列进行配准。用序列的平均图像做配准的参考图像R，在图像网格中选取均匀的距离相同的控制点，用控制点的运动参数通过B样条插值表示畸变图像全局的畸变场。使用双向投影误差估计每帧像素点的畸变场，优化目标函数C(p)为：其中，G为畸变图像，R为参考图像，和分别表示控制点处的由退化图像到参考图像与反方向的运动向量，表示由位置x与运动向量通过B样条插值得到的任一位置x处的运动向量。其中，约束项表示前向与后向畸变运动场具有特性，优化求解目标p为和的组合，即使用高斯-牛顿法迭代求解得到p，进而截取部分得到用求取G相对于R全局运动场，通过插值对G进行校正。步骤二、使用经过配准对齐消除湍流畸变的图像序列{Rk}重建单帧仅包含衍射模糊的图像Z。重建的过程为分别估计衍射模糊图像的每一个像素的值。在每帧配准图像中，重建位于p位置的像素，以p为中心截取L×L大图像块用于建立时间域组合权值，并限定之后的时空域近邻采样的范围，得到图像块序列。（1）使用图像的方差值作为图像清晰程度的量化，求取图像块序列中每个图像块的方差{sk}。计算{sk}中位数η和平均绝对误差σ，判定不满足|sk-η|>ζσ的图像块作为外点，其中ζ为设定的外点剔除系数。得到剔除外点之后的以p为中心的图像块序列{Wk[p]}，并在其中选取sk值最大的图像块作为参照图像块Wref[p]。（2）将在以上剔除外点的L×L大图像块序列中截取较小的l×l（l<L）图像块作为近邻组合的元素。在Wref[p]中心截取l×l大小的图像作为参照Vref[p]，在序列{Wk[p]}中每帧的L×L的范围内搜索与Vref[p]最相似的J个l×l的小图像块。对于搜索得到的l×l2图像块序列，进行列拉伸，得到尺寸为l×1的向量序列{Vk,j[p]}。其中，使用小图像块的欧氏距离和小图像块的梯度的欧氏距离的加权组合作为相似性衡量：其中，()表示梯度图像。（3）计算采样得到的近邻向量序列{Vk,j[p]}中不同帧中截取得到的向量在组合中的比重，即样本在时间域上的链接关系。对于{Vk,j[p]}中从第k帧中采样得到的向量{Vk,1[p],...,Vk,J[p]}，利用大图像块Wk[p]与Wref[p]之间的距离作为衡量k帧中的向量在组合中的权值，距离越小，表明Wk[p]的局部区域内成像质量最高，权值越大。使用高斯核函数作为Wk[p]与Wref[p]之间的距离的度量,则k帧中的向量在组合中的权值为：（4）为了得到{Vk,j[p]}中每个向量中心的元素，通过线性组合得到隐含高质量衍射模糊图像中对应像素值Z[p]的值，建立线性组合模型：2CN103310486A权利要求书2/3页Z[p]=cTV[p]（4）其中，Z[p]为V[p]中心位置对应的隐含清晰像素,V[p]为像素值构成的l2×1列向量，c为空间域组合权值，c表示隐含衍射模糊图像像素值与观测到的图像领域像素之间的组合关系。假设采样得到的{Vk,j[p]}中每个向量满足以上线性组合模型。第一步求解c′，定义Vk,j[p]中像素值元素构成集合该集合除去元素后表示为{v}/