[發明專利]一種應用于關聯成像的圖像增強處理方法

有效

• 申請號: 201910095445.5
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109859135B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 楊東玥;李俊暉;常宸;羅斌;尹龍飛;吳國華
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種應用于關聯成像的圖像增強處理方法，包括：對參考臂光場采樣數據與信號臂光強響應數據進行關聯計算，得到關聯成像結果圖；計算結果圖歸一化自相關矩陣、半高全寬；將結果圖減去歸一化自相關矩陣和增益系數的乘積得到殘差圖；迭代計算殘差圖內最大值點及對應的歸一化自相關矩陣，并用殘差圖中減掉該矩陣與增益系數的乘積；將該點的位置與強度計入凈點圖中；滿足迭代終止條件時停止迭代；用半高全寬擬合高斯函數與凈點圖卷積，得到無周期性結構的關聯成像結果圖。本發明可解決空間頻率采樣不充分造成的周期性重復結構問題，提升關聯成像結果圖的可見度和信噪比，該方法抗噪聲能力強，計算速度快，實用效果好。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，特別涉及一種基于關聯成像中二階自相關函數的關聯成像結果圖像去周期性重復結構的圖像增強處理方法。

背景技術

關聯成像技術是基于照明電磁場特定階數的相關性質進行的一種非直接多次曝光成像方式。其對物探測的光路無需空間分辨的“離物成像”特性大大降低了成像系統對面陣探測器的要求，能夠實現特定條件下的超衍射極限空間分辨，并能實現與激光雷達、三維立體成像等應用光學和成像領域技術的高效結合，具有重要的應用意義與廣泛的應用前景。

目前關聯成像技術的主流應用方向之一是結合激光雷達的技術特點，實現長距離、高空間分辨性能的關聯成像激光雷達。通常情況下，關聯成像激光雷達因功率、造價等因素制約，發射端的光纖激光頭數量有限，對應空間頻率采樣不足以覆蓋整個空間頻率域，導致成像系統的點擴散函數有周期性延拓的旁瓣，成像結果中產生周期性重復結構，嚴重影響圖像內容的可見度。因此，需要在保留圖像中的有效信息的同時，采用圖像處理方法將圖像中的空間周期性重復結構去除，提升圖像內容的信噪比以及可見度。

目前可用于關聯成像的圖像去周期性重復結構的方法有壓縮感知算法、矩陣偽逆算法等。壓縮感知算法由E.Candès，D.Donoho和T.Tao提出，基于圖像的稀疏先驗特性實現突破奈奎斯特采樣極限的圖像重構恢復算法。應用該算法需要提供成像目標在某個域上的稀疏先驗特性，而往往在對目標進行成像之前該特性并不能確知。而關聯成像的矩陣偽逆算法由C.Zhang等人提出，基于對重復測量矩陣的偽逆計算實現更高信噪比、更高分辨率的關聯圖像恢復。該方法的抗噪聲性能差，矩陣偽逆計算的時間復雜度高，成像速率難以適應關聯成像激光雷達的實際應用場景。

與關聯成像激光雷達所面臨的空間頻率采樣不充分問題類似，現代天文觀測中所使用的甚大望遠鏡陣列、甚長基線干涉陣列等技術的空間頻率采樣同樣不充分，天體的點源響應也有彼此覆蓋的旁瓣，影響天體圖像的可見度。而天文圖像處理領域已發展出一套成熟的CLEAN數值反卷積算法增強天體圖像的可見度。但與關聯成像激光雷達所不同的是：其一，關聯成像激光雷達系統中此前并未有對應于天文成像系統點源響應的概念，CLEAN算法很難直接應用于關聯成像激光雷達系統；其二，CLEAN算法需要計算每幅殘差圖內最大值點處的點源響應，算法的時間復雜度高，同時對內存空間有較高的消耗。

發明內容

本發明是為了提供一種基于關聯成像中的高階自相關函數的去周期性結構的圖像增強處理方法，該算法能夠解決關聯成像結果圖中由于空間頻率采樣不足產生的圖像周期性結構問題，提高了成像結果的恢復質量并降低了圖像背景噪聲。

相較于其他的關聯成像去圖像周期性結構的方法無需探測目標的稀疏先驗特性約束，抗噪聲性能強，時間復雜度低，同時極大地降低了算法對內存空間的消耗。相較于傳統CLEAN算法，改進后的本方法無需在每一次迭代中都遍歷全部的光場信息并存儲迭代結果，僅需在第一次迭代運算中遍歷全部的光場信息并計算一次中間結果即可，時間復雜度從o(n²)降至o(n)，同時算法運行占用的內存空間也顯著降低。

本發明提供的技術方案為：

一種基于關聯成像中的高階自相關函數的去周期性結構的圖像增強處理方法，包括：