[發(fā)明專利]一種面向測(cè)量領(lǐng)域的圖像去模糊評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810957343.5
• 申請(qǐng)日: 2018-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN109242790A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;潘翼;李肖;王福吉;賈振元;馬建偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06T7/80;G06T7/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

1.一種面向測(cè)量領(lǐng)域的圖像去模糊評(píng)估方法，其特征是，該方法采用雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床帶動(dòng)用于表征定位信息的標(biāo)記點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)，采集序列圖像；利用曝光時(shí)間、幀頻已知先驗(yàn)信息求解模糊核，基于非盲復(fù)原算法實(shí)現(xiàn)圖像去模糊；然后建立圖像去模糊評(píng)估函數(shù)，結(jié)合精度指標(biāo)、圖像結(jié)構(gòu)數(shù)值分析及客觀評(píng)價(jià)方法將誤差波動(dòng)幅度，圓心距約束條件，及圖像結(jié)構(gòu)相似度三種評(píng)估手段歸一化，對(duì)圖像還原效果進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)面向測(cè)量領(lǐng)域的圖像去模糊評(píng)估；方法的具體步驟如下：

步驟1：搭建視覺測(cè)量系統(tǒng)采集圖像

首先搭建雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)并進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，將上表面含有圓形標(biāo)記點(diǎn)的測(cè)量目標(biāo)固定安裝在數(shù)控機(jī)床上，兩個(gè)工業(yè)相機(jī)通過型材懸掛固定在測(cè)量目標(biāo)上方，測(cè)量過程中驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床帶動(dòng)測(cè)量目標(biāo)按設(shè)定的軌跡高速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)觸發(fā)相機(jī)拍攝測(cè)量目標(biāo)，來得到含有運(yùn)動(dòng)模糊的標(biāo)記點(diǎn)序列圖像并儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)；

步驟2：求解模糊核進(jìn)行圖像去模糊

由于實(shí)際拍攝過程中受環(huán)境及相機(jī)幀頻的影響曝光時(shí)間很短，且在一定條件下變速、非直線及周期運(yùn)動(dòng)都分解為多個(gè)勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模糊可視為線性模糊，其模糊核可表征為一條線段，由模糊方向和模糊尺度兩個(gè)參數(shù)確定，本發(fā)明中根據(jù)相鄰兩幀圖像之間的關(guān)系作為已知的先驗(yàn)信息，估計(jì)精確的模糊核：

其中，f為相機(jī)幀頻，t是曝光時(shí)間，(x₁，y₁)和(x₂，y₂)為前后兩幀圖像中標(biāo)記點(diǎn)圓心的像素坐標(biāo)，設(shè)定前一幀圖像模糊尺度為θ₁，由此遍歷序列圖像求可求得模糊方向θ₂及模糊尺度L，即可求解每幀圖像精確的模糊核，然后利用非盲復(fù)原算法去卷積，來實(shí)現(xiàn)每一幀圖像去模糊；

步驟3：建立誤差波動(dòng)幅度函數(shù)

圖像采集過程中由于運(yùn)動(dòng)模糊會(huì)影響標(biāo)記點(diǎn)定位信息的提取精度，為降低視覺測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差，圖像去模糊效果的評(píng)估方法需考慮精度指標(biāo)的影響，因此對(duì)針對(duì)測(cè)量誤差提出了函數(shù)Q₁：

其中，e_i,i＝(1,2,...,n)表示每一幀圖像標(biāo)記點(diǎn)的視覺測(cè)量誤差，即標(biāo)記點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量位置與理論位置的偏差，E表示拍攝的n幀圖像中由模糊圖像求得的視覺測(cè)量誤差blur(e_i),i＝(1,2,...,n)和由圖像去模糊復(fù)原的清晰圖像求得的視覺測(cè)量誤差deblur(e_i),i＝(1,2,...,n)的集合，兩點(diǎn)結(jié)合表示得到誤差波動(dòng)幅度函數(shù)Q₁，保證Q₁∈(0,1)，Q₁且越大，e_i越小，表示視覺測(cè)量誤差越小，圖像模糊越低，以此評(píng)價(jià)圖像去模糊處理對(duì)于系統(tǒng)測(cè)量精度指標(biāo)的改善效果；

步驟4：建立圓心距約束條件函數(shù)

圖像處理過程中考慮圖像特性，根據(jù)理論圖像下標(biāo)記點(diǎn)之間的關(guān)系，引入單幅圖像關(guān)于圓心距離的約束，因此對(duì)針對(duì)圓心距約束條件提出函數(shù)Q₂：

其中，d表示每幀圖像上圓形標(biāo)記點(diǎn)中每?jī)蓚€(gè)相鄰標(biāo)記點(diǎn)之間的圓心距，設(shè)計(jì)的測(cè)量目標(biāo)上共有7×7個(gè)圓形標(biāo)記點(diǎn)，d_mean是d在每幀圖像中的平均值；分量Q₂值越大，表示d_mean越接近圓心距標(biāo)準(zhǔn)距離，對(duì)于距離的求解越準(zhǔn)確，圖像模糊效果越低，以此評(píng)價(jià)圖像模糊程度及圖像去模糊處理效果；

步驟5：建立圖像結(jié)構(gòu)相似度函數(shù)

在圖像去模糊的客觀評(píng)價(jià)方法中，結(jié)構(gòu)相似度從參考圖像與清晰圖像的亮度、對(duì)比度以及結(jié)構(gòu)之間的相似性出發(fā)來評(píng)價(jià)圖像的模糊程度，可應(yīng)用于評(píng)價(jià)圖像去模糊效果：

其中，μ_x和μ_y分別代表兩幅圖像的均值，即灰度分量，σ_x和σ_y表示圖像的方差，即對(duì)比度分量，σ_xy表示兩幅圖像之間的協(xié)方差，C₁和C₂表示常量；通過對(duì)于模糊原圖和去模糊復(fù)原圖像分別相比于清晰圖像的結(jié)構(gòu)相似度，得到Q₃分量的比較，即Q₃值越大，表示兩幅圖像與清晰圖像結(jié)構(gòu)越相似，圖像去模糊效果越好；

步驟6：建立圖像去模糊評(píng)估函數(shù)

結(jié)合步驟3、步驟4及步驟5的圖像去模糊評(píng)估函數(shù)，將誤差波動(dòng)幅度，圓心距約束條件，及圖像結(jié)構(gòu)相似度三種評(píng)估手段歸一化處理，可得針對(duì)測(cè)量領(lǐng)域圖像去模糊評(píng)估函數(shù)Q：

其中，w_i為每個(gè)函數(shù)的對(duì)應(yīng)權(quán)重，該評(píng)價(jià)函數(shù)綜合考慮了視覺測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度指標(biāo)、單幅圖像自身的圖像特性分析及對(duì)圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)方法，對(duì)圖像去模糊效果進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)面向測(cè)量領(lǐng)域的圖像去模糊評(píng)估，即針對(duì)的每一幀圖像，分別對(duì)模糊原圖及去模糊圖像求取評(píng)估函數(shù)Q值，評(píng)估函數(shù)Q的值相對(duì)越大，表示圖像去模糊效果越好。