[發(fā)明專利]一種單透鏡成像的PSF快速標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410064041.7
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103856723A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉煜;張茂軍;李衛(wèi)麗;王煒;熊志輝
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;G06T7/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域：

本發(fā)明主要涉及到數(shù)字圖像處理領域，特指一種單透鏡成像的PSF快速標定方法法。

背景技術：

目前，單反相機以其高清的成像質量、豐富的鏡頭選擇、迅捷的響應速度、卓越的手控能力等優(yōu)勢在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，為彌補單反鏡頭中鏡片的幾何畸變和像差，進一步提高成像質量，單反鏡頭的設計日益復雜，甚至包含數(shù)十個獨立的光學器件。復雜的鏡頭在提高成像質量的同時，無疑也會增加鏡頭的體積和重量，也導致鏡頭的成本大大提高。鏡頭體積和重量的增加給用戶的日常使用帶來了不便，成本的提高也不便單反向大面積用戶推廣使用。因此，在2盡量消除鏡片像差，增加成像質量的同時，如何降低鏡頭成本，使其更為輕便，也成為目前單反相機設計的重要需求之一。近年來，隨著圖像復原技術的快速發(fā)展，圖像去模糊等方法越來越成熟，鏡頭中某些消除像差和修正幾何畸變的鏡片可由去模糊等計算攝影技術代替，因此，單透鏡成像（如圖1所示）與圖像復原技術的結合也逐漸成為單反相機設計的一個新的研究方向。

單透鏡成像的關鍵在于：必須對所采用的單透鏡進行校正。由于本身特性及制造工藝的不同，每個透鏡都有一定的缺陷，如果采用單透鏡成像，因為缺少復雜鏡頭中其他鏡片對單透鏡本身像差和幾何畸變的彌補，所以單透鏡成像不可避免地會產(chǎn)生一定程度的模糊，如圖2所示。單透鏡像差在成像過程中所造成的模糊可以用點擴散函數(shù)PSF（Point?Spread?Function）表示，所謂校正即估算單透鏡PSF的過程。單透鏡成像產(chǎn)生模糊圖像的過程可以理解為清晰場景和PSF卷積的過程，如圖3所示。若單透鏡PSF已知，則可以利用模糊圖像和PSF進行反卷積得到清晰圖像，以消除單透鏡像差所造成的模糊。理想單透鏡的PSF一般為圓形的磁盤狀，如圖4所示。由于單透鏡本身存在一定的曲率，而且實際制造工藝存在一定差異，由單透鏡得到的整幅模糊圖像在不同部位的模糊程度是不相同的，尤其是透鏡邊緣部分得到的圖像，畸變更加嚴重。

全局不變的PSF不能清楚地表示單透鏡像差所造成的模糊，所以一般將圖像分成大小合適的圖像塊，并認為每個圖像塊的PSF是一樣的，即估算空間變換的PSF[1]。Heide等人[2]提出了一種PSF校正方法用于單透鏡成像，采用一階原始對偶優(yōu)化方法[3]求解Bopt=minB||IB-sj||22+λ||▿B||1+μ||1TB-1||22]]>中的凸優(yōu)化問題，通過不斷迭代得到最優(yōu)的PSF。為提高PSF估計的效率，這種迭代優(yōu)化算法一般在尺度空間中進行，最初級尺度空間中PSF的迭代初始值一般為高斯模糊核或delta函數(shù)，上一尺度空間的優(yōu)化結果作為當前尺度空間迭代過程的初始值，如圖5所示。但其PSF校正算法的缺點是需要多次迭代才能得到最優(yōu)解，校正過程速度太慢，而且對每個單透鏡都要首先進行PSF校正。因此，如何提高PSF估計的速度是單透鏡成像急需解決的問題。

發(fā)明內容：

本發(fā)明要解決的技術問題在于：針對現(xiàn)有單透鏡成像方法中PSF估計速度太慢，耗費時間長，而且對每個單透鏡都要進行PSF估計的問題，提供一種基于單透鏡成像的PSF快速標定方法，避免PSF估計過程的重復，在保證圖像質量同時大大降低鏡頭成本，減小鏡頭體積與重量，方便用戶使用。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案是：

1、一種基于單透鏡成像的PSF快速標定方法，其特征在于，包括如下步驟：