[發明專利]一種基于各向異性約束的多幀迭代盲解卷積圖像復原方法

無效

• 申請號: 201110006306.4
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102063716A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 耿則勛;宋向;王洛飛;魏小峰;陳路;楊陽;婁博
• 申請（專利權）人: 耿則勛
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳;馬柯柯

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及圖像復原技術，特別是涉及天文目標的光電成像觀測與識別中天文點源星體及天文擴展目標的圖像復原技術領域。

背景技術

為了給宇宙星體的演化研究提供依據，同時給天文擴展目標外部形態及幾何結構的分析提供支持，人們利用現有的地基光電成像設備，獲取了大量的天文星體及天文擴展目標的圖像。但由于這些圖像都是通過地基光電望遠鏡經由地球大氣層獲取的，而地球大氣層隨機變化的湍流結構會使成像出現模糊和降質，嚴重影響了所獲取的天文觀測圖像的質量。這使得通過圖像看不清星云團的分布及演變細節；區分不出相鄰較近的雙星，無法對其運行規律進行分析；同時對天文擴展目標不能通過其觀測圖像判斷其外部形態與幾何結構。因此如何克服大氣湍流的影響是提高天文觀測圖像質量所必須解決的問題。

目前克服大氣湍流的影響，提高天文目標觀測圖像質量的方法主要包括：自適應光學(Adaptive?Optics,以下簡稱為AO)技術，斑點成像以及基于數字技術的后處理等三種方法。其中自適應光學技術是最有前景的途徑，其基本思想是利用波前傳感器WFS(WFS-Wave?Front?Sensor)實時測量光學遙感器瞳面波前相位誤差，然后將這些測量數據轉換成自適應光學系統的控制信號，對望遠鏡的波前校正器進行實時控制，從而對由大氣湍流等引起的波前相位畸變進行補償，得到質量較好的圖像。但是由于自適應光學系統自身計算處理能力、閉環伺服帶寬、非等暈效應、波前觀測數據誤差以及噪聲等的影響，自適應光學系統的補償或校正僅僅是部分的、不充分的，影像的高頻信息仍然受到嚴重的抑制和衰減。如果要獲取觀測目標的高清晰圖像，仍然需要對AO校正過的圖像通過解卷積等技術進行后處理。因此，無論采用哪種技術，相應的后處理都是必不可少的。

傳統的圖像解卷積圖像復原方法常常假設光學系統的點擴散函數（PSF-Point?Spread?Function）精確已知。然而在天文觀測中，有關成像系統PSF的相關信息是部分已知或完全未知的，在這種情況下，根據降質圖像復原出理想圖像的過程就稱為盲解卷積（BID-Blind?Image?Deconvolution）。

1988年，Ayers和Dainty提出了一種單幀迭代盲解卷積圖像復原方法（IBD-Iterative?Blind?Deconvolution），該圖像復原方法由于具有較低的復雜度而得到廣泛應用；但該圖像復原方法的收斂性和唯一性不確定，而且復原結果對初始估計很敏感。Christou等人提出了多幀圖像解卷積圖像復原方法，多幀觀測圖像包含著更多的互補信息，同時多幀圖像解卷積圖像復原方法將單幀解卷積圖像復原方法的“知一求二”的問題轉化為“知M求M+1的問題”，從而大大降低了圖像復原的病態性，多幀圖像解卷積的結果具有更小的系統誤差范圍和更可靠的復原結果。2006年，Y.?V.?Zhulina將極大似然估計圖像復原圖像復原方法和Ayers-Dainty的IBD圖像復原方法相結合，提出了一種多幀迭代盲解卷積圖像復原方法（MFIBD-Multi-Frame?Iterative?Blind?Deconvolution）。該圖像復原方法原理簡單，能夠處理多種不同類型PSF引起的圖像衰退，同時在迭代過程中除了假設PSF和圖像灰度值非負之外，不要求其他先驗知識；但是，該圖像復原方法收斂速度緩慢，并且對噪聲非常敏感。

針對Zhulina多幀迭代盲解卷積圖像復原方法的缺點，本文將各向異性擴散（的）約束的思想應用于圖像復原過程中，對其代價函數進行改進，加入了各項異性（擴散）正則化項，改進后的圖像復原方法既保留了MFIBD圖像復原方法原理簡單、容易執行的優點，同時又充分利用了圖像自身的結構和細節信息，提高了圖像復原方法的抗噪性并改進了復原圖像的質量。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于各向異性約束的多幀迭代盲解卷積的圖像復原方法，以在沒有任何關于成像過程的點擴散函數等信息的情況下，僅根據觀測目標的多幀觀測圖像，并利用觀測圖像及點擴散函數的非負性和點擴散函數的支持域約束對模糊觀測圖像進行復原，還結合各向異性擴散的思想，自適應的根據圖像的局部信息進行正則化約束，以提高復原圖像的質量。

一種基于各向異性約束的多幀迭代盲解卷積的圖像復原方法，其中：包括如下步驟：