[發明專利]基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測及圖像模糊復原裝置和方法

在審

• 申請號: 202110233094.7
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112801917A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 馬劍濤;王麓懿;郭俊杰;張勇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T3/60
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 馮艷芬

本發明公開了一種基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測及圖像模糊復原裝置和方法，其中，旋轉物體轉速監測裝置包括：旋轉物體光學成像模塊和物體轉速測量模塊，模糊圖像復原裝置，包括旋轉物體轉速監測裝置、拉蓋爾高斯譜計算模塊、拉蓋爾高斯譜修正模塊和模糊圖像復原模塊。本發明可以實現高速旋轉物體的轉速監控，并實現旋轉模糊圖像的復原處理，進而實現對高速旋轉物體的清晰成像。

技術領域

本發明涉及圖像處理，尤其涉及一種基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測及圖像模糊復原裝置和方法。

背景技術

光學成像是人們日常生活以及工業生產檢測中的常見技術手段，可用于獲取待觀察物體的幾何結構信息，而其中對于運動物體的監測成像，是一項重要又存在一定困難的任務。在光學相機拍攝曝光的時間內，物體發生了一定的移動，導致最終獲得的圖像是模糊的，造成信息的缺失，因此光學圖像處理中的去運動模糊技術尤為重要。

對于一維直線運動，通過對運動模型進行分析，在傅里葉頻譜域內進行逆濾波，可以實現模糊的去卷積，獲得恢復的清晰圖像。然而針對旋轉運動物體的去旋轉模糊問題，由于旋轉模糊在空間上是變化的(圖像不同半徑處的模糊情況不同)，無法直接在傅里葉頻域進行逆濾波的處理，需要采取模糊路徑提取或是極坐標變換等額外操作。這些操作，一方面使得去旋轉模糊技術不夠直接方便，另一方面需要插值過程，會引入數值誤差，降低還原圖像的質量。

此外，未知物體運動情況時的去運動模糊稱為盲去模糊，這一技術需要大量的迭代運算估計物體的運動以獲取模糊模型，會耗費大量計算資源，而圖像復原結果也依賴于對運動情況的估計。因此，在拍攝旋轉運動物體時，同時監控物體的轉速情況也是待開發的一項關鍵技術。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術存在的問題，提供一種基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測裝置和方法。

技術方案：本發明所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測裝置包括：

旋轉物體光學成像模塊，用于采用光學4F成像系統對旋轉物體進行光學成像，得到旋轉模糊圖像；

物體轉速測量模塊，用于產生攜帶拓撲荷數不同的軌道角動量疊加光場，入射旋轉物體后濾出基模得到干涉信號，并根據干涉信號得到旋轉物體的轉速。

進一步的，所述旋轉物體光學成像模塊具體包括：

光學4F成像系統，用于對旋轉物體進行光學成像；

面陣探測器，置于旋轉物體的成像面上，進行圖像拍攝，得到旋轉模糊圖像：

式中，E_b(r,θ)為拍攝到的旋轉模糊圖像，E₀(r,θ)為旋轉物體靜止時的圖像，0為極坐標系下的方位角，φ為面陣探測器曝光時間內物體的相對轉動角度。

進一步的，所述物體轉速測量模塊具體包括：

軌道角動量疊加光場產生單元，用于產生攜帶拓撲荷數不同的軌道角動量疊加光場，入射高速旋轉物體；

轉速獲取單元，用于將軌道角動量光束入射高速旋轉物體后濾出基模產生干涉信號，再進行傅里葉變換，得到旋轉物體的轉速：

式中，Ω為旋轉物體的轉速，Δf為干涉信號傅里葉變換的頻移量，l₁,l₂為入射旋轉物體的軌道角動量。

本發明所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體模糊圖像復原裝置包括：

上述旋轉物體轉速監測裝置；

拉蓋爾高斯譜計算模塊，用于計算旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜；