[發明專利]一種強噪聲氣動光學效應退化圖像的預處理方法

無效

• 申請號: 201210525434.4
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103049889A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 張天序;陳建沖;左芝勇;關靜;劉立;陳浩;王正;何力
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于氣動光學與圖像處理相結合的交叉科學技術領域，具體涉及了一種強噪聲氣動光學效應退化圖像的預處理方法。

背景技術

帶有紅外成像探測系統的高速飛行器在大氣層內飛行時，其光學頭罩與來流之間形成復雜的流場，流場對紅外成像探測系統的熱輻射和場景紅外信號傳輸的干擾，引起目標圖像飽和、反差降低、偏移、抖動、模糊等，這種不利的效應稱為氣動光學效應。與此同時，由于成像設備的影響，獲得的圖像還含有很強的傳感器噪聲。氣動光學效應和強烈的傳感器噪聲嚴重地影響了成像探測系統對目標的探測、精確定位和跟蹤精度。因此，必須開展相關的數字圖像預處理工作。

通常情況下，由于成像條件和傳感器的影響，圖像往往會被噪聲污染。噪聲的強度一般采用信噪比(snr)和分貝數(dB)來定義。信噪比即是圖像中信號和噪聲的功率比值，信噪比和分貝數的轉換關系為

dB＝10log₁₀snr

一般情況下，氣動光學效應退化圖像的預處理主要是對圖像進行去模糊(圖像校正)。但是，去模糊是圖像退化的逆過程，噪聲在該過程中會被放大。現有的氣動光學效應校正算法的抗噪能力還很低，在強噪聲條件下，算法效果常常很差，甚至于算法失效。

而強噪聲可能正是高速飛行條件下成像的實際情況。如在動平臺條件下成像，成像積分時間很短，導致了傳感器噪聲很強；或者由于成像條件太差，目標距離成像太遠，目標輻射強度很低，導致了噪聲相對較強。因此，開展高速飛行條件下的數字圖像預處理工作，需要將圖像去噪算法與校正算法結合起來，以提升預處理的抗噪能力。

同時，傳統的去噪方法一般是利用一個低通濾波器對圖像進行濾波，去除圖像頻譜中的高頻成分，從而實現對圖像的去噪。利用傳統的低通濾波器對空間目標圖像進行去噪，會在去除噪聲的同時丟失圖像的邊緣和細節信息，使得圖像更加模糊，增加了后續處理工作(如圖像校正、目標識別等)的難度。

因此，需要研究有效的圖像去噪方法，使得在對圖像去噪的同時保留圖像的邊緣和細節信息，減小噪聲對氣動光學效應校正算法的影響，降低圖像預處理和后續處理的難度。

由噪聲的空間特性：(1)無方向性；(2)空間局部性，支撐域很小。可合理定義噪聲的頻譜特性為：(1)其在幅頻譜中沒有方向性；(2)在幅頻譜中距離原點較遠，即處于圖像幅頻譜的中高頻部分。

由目標形狀的空間特性：(1)目標有較大的支撐域，具有空間多尺度特性；(2)目標的各個部件具有空間方向性。可合理定義目標的頻譜特性：(1)目標的支撐域大表明其會有充分的低頻成分；(2)目標的組成部件具有帶方向性的高頻或中頻成分，即沿著其結構走向表現為低頻，垂直結構走向表現為高頻。

綜上所述，根據噪聲和目標的空頻特性，可研究相應的圖像去噪方法，盡可能地保留目標信息和去除噪聲干擾，減小圖像校正的難度。并和現有的氣動光學效應校正算法結合起來，形成一個具有良好抗噪能的預處理過程。

發明內容

本發明的目的在于提供一種強噪聲氣動光學效應退化圖像的預處理方法，該方法實現了強噪聲氣動光學效應退化圖像的良好校正恢復。

本發明提供的一種強噪聲氣動光學效應退化圖像的預處理方法，其步驟包括：

(1)獲取強噪聲氣動光學效應退化圖像g，圖像大小為M×N；

(2)對退化圖像g進行保結構頻域濾波處理，得到去噪圖像g1；

(3)對去噪圖像g1進行校正，得到校正圖像

作為上述技術方案的改進，步驟(2)包括下述過程：

(2.1)將退化圖像g變換到頻域，并將其中心化，得到退化圖像g的中心化頻譜G；

(2.2)構造濾波器函數H；判斷中心化頻譜G的方向性，并設定參數r_i，i＝0，1，2，3和λ，其中r_i為頻譜F中需抑制的高頻分量半徑，λ為最終保留高頻成分的百分比，其中，1≤ri≤M2+N2/2,]]>0≤λ≤1；

構造的濾波器函數H由下式定義：