[發(fā)明專利]一種天基大視場(chǎng)成像點(diǎn)源/斑狀目標(biāo)的圖像恢復(fù)增強(qiáng)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010285526.0
• 申請(qǐng)日: 2010-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101937561A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?zhí)煨?/a>;武道龍;陳建沖;關(guān)靜;余錚;陳浩;左芝勇;張蒲濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天技術(shù)與圖像處理相結(jié)合的交叉科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天基大視場(chǎng)成像點(diǎn)源/斑狀目標(biāo)的恢復(fù)增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

在天基對(duì)地觀測(cè)時(shí)，由于成像探測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)水平的限制，將造成圖像品質(zhì)的下降，如圖像畸變或模糊。特別對(duì)斑/點(diǎn)狀目標(biāo)，將產(chǎn)生點(diǎn)源或斑狀目標(biāo)信號(hào)的減弱，對(duì)信號(hào)弱的點(diǎn)源目標(biāo)或斑狀目標(biāo)造成漏檢的后果。成像傳感器自身產(chǎn)生的模糊可以用點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)模型近似表征。但是，傳統(tǒng)小視場(chǎng)成像傳感器使用空間不變點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)退化模型不能準(zhǔn)確的反映大視場(chǎng)成像傳感器產(chǎn)生的成像畸變。更重要的是，在成像系統(tǒng)建成后隨著時(shí)間推移系統(tǒng)的畸變會(huì)增加，如何發(fā)展數(shù)字處理的方法，自適應(yīng)校正其畸變和模糊、提高其性能，就成為重要的研究課題。這是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展中十分薄弱的尚待解決的難題。大視場(chǎng)成像傳感器所引起的畸變應(yīng)該用空間變化的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)來(lái)表征，其成像畸變具有隨時(shí)間、空間變化的特點(diǎn)。

設(shè)在某一定曝光時(shí)間內(nèi)，成像器畸變的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)為PSF(x，y)，它可通過(guò)兩個(gè)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的卷積得到：

1.隨著與離鏡頭軸心的距離不同造成不同的圖像模糊，其等效的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)為PSF₁(r)。其中r為離鏡頭中心或焦平面中心o的距離，如圖(2)所示。根據(jù)成像傳感器的制作技術(shù)水平，在焦平面中心，由衍射極限造成的圖像模糊相對(duì)比較小，即PSF₁(r)比較小；而離光學(xué)鏡頭軸心的距離越遠(yuǎn)，其成像傳感器光學(xué)鏡頭的制作畸變更大，成像時(shí)會(huì)對(duì)圖像造成較大的模糊，從而PSF₁(r)也就比較大(如圖(2b))。

2.如圖(3a)所示，在某感光元S(x，y)處其點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)為點(diǎn)源目標(biāo)可能完全落入該感光元上，即一個(gè)像素的點(diǎn)像。但也可能落入2～4個(gè)感光元上(如圖(3b)～圖(3d))，此時(shí)這些感光元均產(chǎn)生響應(yīng)，使一個(gè)點(diǎn)像變成2～4個(gè)像素的點(diǎn)像，這就造成模糊效應(yīng)。同樣，大于一個(gè)感光元面積的斑狀目標(biāo)落入多個(gè)感光元形成附加模糊的例子見(jiàn)圖(3e)。這就是說(shuō)，由于成像位置不同，同樣大小的點(diǎn)源或斑狀目標(biāo)在焦平面離散感光元陣列上將形成隨機(jī)的附加模糊的像。我們可用一個(gè)隨機(jī)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF₂(x，y)來(lái)表示，PSF₂(x，y)是源于數(shù)字型成像傳感裝置離散的感光元陣列。則總的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)表示為

PSF(x，y)＝PSF₁(x，y)*PSF₂(x，y)

綜上所述，需要發(fā)明新的數(shù)字圖像處理技術(shù)，來(lái)改善和校正由于上述成像系統(tǒng)本身造成的成像模糊問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種天基大視場(chǎng)成像點(diǎn)源/斑狀目標(biāo)的恢復(fù)增強(qiáng)方法。該方法提出了空間可變的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的模型，并考慮到成像焦平面離散的感光元陣列產(chǎn)生的隨機(jī)退化模糊效應(yīng)，提出并實(shí)現(xiàn)了有效的點(diǎn)源/斑狀目標(biāo)的恢復(fù)增強(qiáng)方法。

本發(fā)明提供的天基大視場(chǎng)成像點(diǎn)源/斑狀目標(biāo)的恢復(fù)增強(qiáng)方法，其步驟包括：

地面準(zhǔn)備階段：

(1)將成像傳感裝置因設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)水平的限制而造成的空間可變退化圖像分成多個(gè)空間不變的圖像子塊，并構(gòu)造各圖像子塊的總體點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。

(1.1)根據(jù)感光元離鏡頭軸心的距離，將焦平面上灰度圖像分成M個(gè)子塊，各圖像子塊用f_i(i為圖像子塊的序號(hào)，i＝1，2，L，M)表示，各圖像子塊內(nèi)可近似看成等暈區(qū)；

(1.2)在地面預(yù)先用光學(xué)設(shè)備測(cè)出各圖像子塊內(nèi)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)PSF_i1(r)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中；

(1.3)針對(duì)各圖像子塊，構(gòu)造成像焦平面離散感光元陣列隨機(jī)退化模糊效應(yīng)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)模型PSF_i2(x，y)；

(1.4)構(gòu)建各子塊的總體點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)模型PSF_i(x，y)＝PSF_i1(x，y)*PSF_i2(x，y)。

在線處理階段：

(2)以步驟1建立的空間可變圖像退化模型為約束條件，對(duì)各圖像子塊分別進(jìn)行校正；

(2.1)用最大似然估計(jì)算法對(duì)各圖像子塊進(jìn)行校正。將PSF_i1(r)作為點(diǎn)擴(kuò)展的迭代初值，即將f_i作為目標(biāo)圖像的迭代初值，即并設(shè)置迭代次數(shù)為N進(jìn)行迭代。迭代公式如下：