[發明專利]自適應光學系統校正圖像的多幀盲復原方法

在審

• 申請號: 202111430920.3
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114037636A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 徐煥宇;徐萌兮;李富
• 申請（專利權）人: 無錫學院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T5/10;G06F17/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 陸燁

本發明公開了一種自適應光學系統校正圖像的多幀盲復原方法，具體為：步驟1：采用梯度濾波器對第f幀退化圖像g進行高頻信息提取，得到提取后的高頻信息；基于提取到的高頻信息建立目標函數，用于估計與f幀退化圖像對應的點擴散函數；基于交替迭代算法將目標函數分割成第一、二子問題；采用用迭代算法對第一子問題進行第k次迭代計算，得到高頻復原圖像x^k，基于x^k采用迭代算法對第二子問題進行第k次迭代計算，得到點擴散函數h^k；根據計算得到點擴散函數，采用含有泊松噪聲的多幀圖像復原算法復原第f幀原始圖像。本發明復原的圖像擁有更好的視覺效果以及評價指標。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域。

背景技術

自從1609年伽利略首次使用望遠鏡進行了天文觀測以來，人類對于空間目標的觀測有了長足的發展，其中地基大口徑光學望遠鏡是人們最重要的觀測工具之一。光學望遠鏡的主要性能包括集光力和分辨力，這兩個性能都隨望遠鏡有效口徑增大而提高，所以大口徑望遠鏡能夠觀測到更暗的目標并且能夠分辨目標更多的細節。然而，對于地基望遠鏡，系統內部和外部存在著各種靜態和動態的像差，嚴重影響望遠鏡的成像質量。其中靜態像差主要包括光學系統自身的像差，動態像差主要指，溫度、重力等造成的結構變形以及大氣湍流造成的波前畸變，這些像差使大口徑望遠鏡的分辨力下降至20厘米口徑的小型望遠鏡水平，極大的限制了大口徑望遠鏡的觀測能力和應用。

為了解決這個問題，上世紀50年代，自適應光學應運而生。自適應光學系統利用波前探測器，實時探測波前相位，通過控制波前校正器施加反相位波前信號以補償波前畸變，提高系統成像質量。自適應光學系統大大降低了大氣湍流對大口徑望遠鏡成像系統的影響，使用大口徑望遠鏡進行高分辨觀測成為了可能。但是目前的自適應光學系統并不完美，由于波前探測誤差、校正器重構波前誤差、控制周期延時以及有效帶寬不夠等原因，導致其并不能對像差進行完美校正，校正后得到的圖像依然存在校正殘差，尤其在大氣湍流較強時，難以實現高分辨成像，此時得到的目標圖像依然有較大改善空間。

RL算法僅針對單幅圖像進行處理，同時需要已知圖像的點擴散函數。而傳統估計點擴散函數的盲復原算法應用于自適應光學系統校正后圖像，最終通常會收斂至Delta函數，無法實現點擴散函數的準確估計，因此無法實現自適應光學系統校正后圖像的復原及質量提升。

發明內容

發明目的：為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種自適應光學系統校正圖像的多幀盲復原方法。

技術方案：本發明提供了一種自適應光學系統校正圖像的多幀盲復原方法，具體包括如下步驟：

步驟1：采用梯度濾波器和對第f幀退化圖像g進行高頻信息提取，得到提取后的高頻信息T為矩陣轉置，所述退化圖像g為自適應光學系統校正后的退化圖像；

步驟2：建立如下目標函數用于估計與第f幀退化圖像對應的點擴散函數h：

其中，x為原始圖像的高頻信息部分，h_i為h的第i個元素的值，且h_i≥0，∑_ih_i＝1；λ和δ均為正則化權重變量，*表示卷積操作；

步驟3：基于交替迭代算法將步驟2的目標函數分割成第一和第二子問題；

所述第一子問題為：

第二子問題為：

步驟4：采用迭代算法對第一子問題進行第k次迭代計算，得到第k次迭代計算時的高頻復原圖像x^k，基于求解到的x^k采用迭代算法對第二子問題進行第k次迭代計算，得到第k次迭代計算時的點擴散函數h^k,k＝1,2,…K,其中K為迭代計算的總次數；