[發明專利]基于遙感圖像序列的去模糊方法

在審

• 申請號: 202110012279.5
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112614080A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 劉晨輝;尹增山;高爽
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/38
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發明公開了一種基于遙感圖像序列的去模糊方法，屬于遙感衛星技術領域，包括以下幾個步驟：獲取模糊遙感圖像序列；模糊遙感圖像序列預處理；模糊遙感圖像序列模糊核估計；以及模糊遙感圖像序列去卷積，最終得到清晰圖像。本方法利用模糊核估計中的分段求解及引入聯合雙邊濾波器的方法，結合經典RL方法和帶增益控制的殘差RL方法進行去卷積運算，極大提高了模糊核估計的準確性，能夠得到既能有效控制振鈴效應又有豐富細節的清晰圖像。整體而言，對于模糊遙感圖像去模糊后的圖像清晰程度有顯著提升。

技術領域

本發明涉及遙感衛星技術領域，特別涉及一種基于遙感圖像序列的去模糊方法。

背景技術

衛星遙感技術是衛星技術研究的一大重點，遙感衛星進行地面觀測任務時，其觀測模式會對觀測效能產生直接影響。傳統遙感衛星的觀測要求衛星機動到位、姿態調整穩定后方能成像，而無法在衛星機動過程中成像，導致在衛星在機動到位、姿態調整期間常常會錯過任務目標的最佳觀測窗口，無法及時掌握目標的短時特征變化信息。未來，為應對突發自然災害、軍事偵察、海洋維權等應急任務，遙感衛星短時感知響應的需求將進一步提高，促使遙感衛星觀測模式向超敏捷動中成像發展。遙感相機的清晰成像要求保證一定的積分(曝光)時間，在遙感衛星相機積分時間不變的情況下，動中成像觀測模式所得到的遙感圖像勢必會帶有運動模糊。因此，遙感圖像去模糊方法的研究至關重要。

下面對目前已經提出的圖像去模糊方法予以簡單介紹。

·點擴散函數(PSF)，也稱之為模糊核，是對模糊信息的一種量化，用以指導模糊圖像的復原過程。根據模糊圖像的點擴散函數是否已知，通常將模糊圖像復原分為兩類：非盲圖像復原以及盲圖像復原。經典的非盲圖像復原有維納濾波約束最小二乘方濾波以及RL(Richardson-Lucy)去卷積等。然而，使用以上方法進行模糊圖像復原，會由于圖像中高頻信息的丟失而產生振鈴效應。

·Levin等人通過向去卷積方法中加入稀疏性先驗約束來緩解振鈴現象。Donatelli等人采用一個基于PDE的模型來復原原始圖像，通過增添邊界條件限制和重模糊步驟對振鈴現象進行抑制。但是，由于圖像退化時信息的缺失，振鈴效應始終是無法避免的。

·盲圖像復原的模糊核信息是缺失的。由于缺乏先驗知識的引導，盲圖像復原具有更高的病態性。因此，盲圖像復原研究的一個側重點是通過引入新的先驗信息來引導模糊核的估計，進而把問題轉化為非盲圖像復原。Fergus的研究發現，自然圖像梯度符合某一特定的概率密度分布，以此作為先驗信息，可以引導模糊核的估計。Yuan Lu等人利用運動模糊圖像對應的短曝光高噪聲圖像作為先驗信息進行模糊核估計，是一種經典的多圖去模糊方法。

經發明人在本發明技術領域內的研究總結，目前的圖像去模糊方法仍然具有模糊核求解復雜、模糊核估計的準確性有待提高、難以同時抑制振鈴效應和保存圖像細節等問題。

發明內容

針對現有技術中的模糊核求解復雜、模糊核估計的準確性有待提高、難以同時抑制振鈴效應和保存圖像細節的問題，本發明提出一種基于遙感圖像序列的去模糊方法以至少部分地解決上述問題。

下面對本發明所應用的數學模型做詳細介紹：

遙感衛星動中成像觀測模式中，由于相機運動生成帶運動模糊圖像的過程可以用下面的數學模型表示：

其中，B代表模糊圖像，I代表理想的清晰圖像，K代表模糊核，為卷積運算符，noise表示噪聲。一般認為模糊圖像中的噪聲屬于加性噪聲，以n表示加性噪聲，上式也可以寫為如下形式：

由此可以看出，圖像去模糊問題本質上是在已知B的情況下，求解I和K的問題。其求解過程可以表示為：圖像預處理去除噪聲，利用模糊圖像進行模糊核估計，利用模糊核與模糊圖像進行去卷積計算，從而恢復原始的清晰圖像。