[發明專利]基于空間變換模型的光學圖層分解方法

有效

• 申請號: 201611150434.5
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106600658B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 曹芙蓉;吳鑫;楊琛;黃曦;孫浩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

本發明提出了一種基于空間變換模型的光學圖層分解方法，用于解決現有無監督單張混合圖像分解方法中存在的分解效果差、效率低的技術問題，實現步驟為：讀入原始混合圖像；利用盲反卷積算法去模糊；定義迭代變量和傳輸圖層矩陣迭代式；建立空間變換模型并推導傳輸圖層矩陣和反射圖層矩陣的函數表達式；構造目標函數，并利用圖層先驗添加約束條件，用L1范數進行正則化，實現目標函數凸優化；拉格朗日乘子法求取凸目標函數最優解；利用函數表達式計算傳輸圖層矩陣、反射圖層矩陣；判斷迭代次數是否大于設定閾值，滿足則結束，否則更新凸目標函數。本發明改善了混合圖像的分解效果，并提升了計算效率。

技術領域

本發明屬于機器視覺與圖像處理技術領域，涉及一種光學圖層分解方法，具體涉及一種基于空間變換模型的光學圖層分解方法，可用于目標定位和圖像特征提取。

背景技術

在現實生活中，光在類透明介質中傳播時會產生多重反射和折射，常見的類透明介質有不同形態的玻璃，不同材質的透明膜等，使得成像設備或人眼透過類透明介質，觀察到的場景中總是包含了類透明介質后的場景，即傳輸圖層，和類透明介質前的場景，即反射圖層，所形成的圖像同時包含了兩種圖層的信息，稱為混合圖像?；旌蠄D像中兩圖層重疊部分又稱為飽和信息區，成像原理如附圖1所示。當光從一個介質傳播到達與另一個介質的界面，引起部分或全部的光返回或改變行進方向，即單次反射和單次傳輸，在兩層以上的平行界面則發生多重反射和多重傳輸，成像系統捕捉信息并以混合圖像的形式呈現。由于混合圖像中其它圖層所攜帶的信息妨礙人們對單一圖層的目標定位和圖層特征提取，所以在利用混合圖像實現目標定位和圖層特征提取之前，需要首先實現圖層分解。從混合圖像中分別分離出理想的傳輸圖層和反射圖層是一種病態問題，因此光學圖層分解一直是機器視覺與圖像處理技術領域的重要研究方向。其在商業和軍事領域都有廣泛的應用。在商業應用方面，如攝像中去除反射重影、自動監控等；在軍事應用方面，如動態目標精確跟蹤等。此外，光學圖層分解對醫學和新興的認知科學有很大的促進作用。

已有的分解方法通過挖掘充足的混合圖像信息以構造傳輸和反射兩類光學圖層。按照輸入信息的不同可以將光學圖層分解方法分為基于混合圖集和基于單幅混合圖像的兩類分解方法。典型的基于混合圖集的分解方法有Yu Li等人提出的反射變換法、Gai等人引入盲源分解(Blind Source Separation,BSS)，提出的稀疏性運動盲源法等?；诨旌蠄D集的分解方法可利用的圖像信息充足，分解結果的清晰度和真實感好。但是由于基于大量的圖像數據處理，因此基于混合圖集的光學圖層分解方法相對于單幅混合圖像方法的分解效率較低，不具有實時性；通過成像系統捕獲一組圖集在實際中存在較高難度，并會伴隨不可避免的模糊。

為了滿足圖層分解的實時性和高效性，從單張混合圖像中恢復出傳輸圖層和反射圖層成為一個深受關注的研究課題?；趩畏旌蠄D像的光學圖層分解方法可利用的圖像信息僅來源于單幅圖像，因此需要提取圖像邊緣等特征，即圖層先驗。對于基于單幅混合圖像的光學圖層分解方法可進一步分為基于有/無監督的單幅混合圖像的光學圖層分解。其中，基于有監督的光學圖層分解方法通過人機交互或預先設定的方式在混合圖像中添加圖層先驗為光學圖層分解提供額外的約束條件。典型的有Levin等人提出的交互式圖層先驗法。該方法的缺陷在于人為主觀因素較強，選取和添加圖層先驗需花費較多的人力和時間，不具備獨立實施性和實時性；只能識別少量類別的圖層先驗，從而影響圖層分解的結果。

隨著計算機技術的迅速發展，日益增長的機器視覺和圖像處理應用對于分解圖層的真實性和實時性也提出了更高的要求。因此基于無監督的單幅混合圖像的光學圖層分解成為該研究方向的重點?；跓o監督的單幅混合圖像的光學圖層分解方法的一般流程為：

首先，建立混合圖像的光學成像模型，利用模型得到混合圖像中傳輸圖層和反射圖層的函數表達式；

然后，提取圖層先驗，如信息連續性、局部梯度域、全局稀疏性，不同圖層之間的不相關性、不對稱性、不同光滑度等，作為數學函數表達式的非線性約束條件；