互補模糊圖像采集系統及利用該系統的模糊圖像恢復方法技術方案

本發明專利技術提出了一種互補模糊圖像采集系統及利用該系統的模糊圖像恢復方法，該系統包括分光鏡、第一棱鏡組合、第二棱鏡組合。該方法包括如下步驟：建立互補模糊圖像采集系統，獲取同一場景在運動模糊影響下的兩個退化圖像；利用兩個模糊核之間的關系作為約束，得到初始的模糊核和清晰圖像的估計；將模糊核進行細化；由最終得到的模糊核實現圖像去卷積，獲得理想的圖像去模糊結果。本發明專利技術互補模糊圖像采集系統兩組棱鏡的成像平面并排排列，可以使用一部相機采集到具有90°旋轉關系的圖像。本發明專利技術的運動模糊圖像恢復方法具有簡單有效、魯棒、實時性強的優點，在低復雜度的前提下，能夠顯著提高運動模糊圖像的恢復效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及圖像視覺增強
，特別涉及一種互補模糊圖像采集系統及利用該系統的運動模糊圖像恢復方法。
技術介紹
運動模糊是在成像過程中普遍存在的現象。位于快速行駛的汽車、飛機或其他飛行器上的相機，在拍攝圖像的過程中由于拍攝對象相対速度過快或者拍攝過程中的抖動，使得拍攝的圖像產生運動模糊，會嚴重影響獲取圖像的質量。實現運動模糊圖像的復原，恢復原始的清晰圖像，有利于獲取更高分辨率的圖像細節信息，對于使用基于圖像信息進行的后續處理的場合是非常必要的預處理過程。 在運動模糊的研究當中，通常假設得到的模糊圖像服從以下成像模型B = mK + n其中，B為獲取的模糊圖像，I為要恢復的清晰圖像，K為模糊核，n為加性噪聲。在該模型的定義中，模糊圖像由清晰圖像與模糊核卷積，再加入噪聲而產生。運動去模糊的問題是在圖像獲取以后，通過一定的方法獲取運動信息，從而最大可能的恢復原始的清晰圖像。按照模糊核已知和未知，通常可以分為非盲去卷積和盲去卷積兩類。非盲去卷積，即模糊核已知或已通過其他方式求得，由圖像去卷積估計清晰圖像。傳統的方法使用Wiener濾波恢復圖像，對噪聲的抑制作用比較差。1974年提出的Richardson-Lucy (RL)算法在圖像恢復中應用廣泛,但是隨著迭代次數的增加,恢復圖像的振鈴效應更加嚴重，噪聲的影響也隨之増大。近年來，ー些方法使用TV范數、自然圖像梯度稀疏、Framelet域變換系數稀疏等作為約束進行圖像恢復。由于成像過程中的運動模糊造成圖像的高頻信息丟失，該問題并不是簡單的可逆過程。同時模糊核的頻域零點使得圖像噪聲被放大，并在圖像的邊緣等不連續處產生嚴重的振鈴效應，圖像去卷積的結果往往難以令人滿意。在實際的運動去模糊問題中，模糊核通常是未知的，即盲去卷積問題。這樣的圖像恢復工作一般可以分成兩步來完成一是運動模糊核的估計；ニ是已知模糊核的圖像去卷積。模糊核的估計方法包括基于單幅圖像、兩幅圖像和多幀圖像的運動信息獲取。基于單幅圖像的運動去模糊是非常欠定的問題，通常是分析模糊圖像和清晰圖像的特點，得到其分布情況的先驗信息作為約束條件添加到圖像恢復中。為使獲取的信息更為豐富，大量的研究開始針對多幅圖像，以獲取更佳的恢復結果，如采用同一場景的兩幅運動模糊圖像，采用一幅運動模糊和一幅低曝光高噪聲圖像組合，以及采用ー個快速CXD和一個慢速CXD同時獲取圖像等。此類方法連續對場景進行拍攝，要求場景是靜態的，并且對圖像對準有很高要求，而模糊圖像的對準是非常困難的，即使手動調整也很難實現精確的對準。對于快速行駛的汽車及飛機等載體上的拍攝問題，拍攝對象相対速度過快或者拍攝過程中的抖動，使得模糊核尺度大且比較復雜，基于單幅圖像進行圖像恢復很難得到理想的結果。同時由于相機相對于場景的快速移動，對同一場景連續拍攝也不能實現。因此，如何實現快速行駛的汽車及飛機等載體上的運動模糊圖像的恢復是ー個亟需解決的技術問題。
技術實現思路
本專利技術g在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了ー種互補模糊圖像采集系統及利用該系統的運動模糊圖像恢復方法。。為了實現本專利技術的上述目的，根據本專利技術的第一個方面，本專利技術提供了一 種互補模糊圖像采集系統，其包括分光鏡、第一棱鏡組合和第二棱鏡組合，所述第一棱鏡組合裝設于第一棱鏡支架上，所述第二棱鏡組合裝設于第二棱鏡支架上；所述第一棱鏡支架通過第一螺旋高度調節架和第一導軌與基座固定，所述第二棱鏡支架通過第二螺旋高度調節架和第二導軌與基座固定，通過對第一螺旋高度調節架和第一導軌位置以及第二螺旋高度調節架和第二導軌位置的調節，使所述第一棱鏡組合和第二棱鏡組合的光心處于同一水平高度，并且使第一棱鏡組合和第二棱鏡組合的工作面相互平行；所述分光鏡位于所述第一棱鏡組合和第二棱鏡組合的光路上，入射光線經分光鏡分為兩路，一路經第一棱鏡組合實現光路旋轉90°，另一路經第二棱鏡組合實現像旋轉90°。本專利技術的互補模糊圖像采集系統的兩組棱鏡的成像平面并排排列，可以使用一部相機同時采集到同一場景的兩幅具有90°旋轉關系的圖像，進行圖像恢復時更加簡單、準確、有效。為了實現本專利技術的上述目的，根據本專利技術的第二個方面，本專利技術提供了一種運動模糊圖像恢復方法，其包括如下步驟SI :建立本專利技術的互補模糊圖像采集系統，獲取同一場景在運動模糊影響下的兩個退化圖像；S2 :在物理成像模型基礎上，利用兩個模糊核之間的關系作為約束，得到初始的模糊核和清晰圖像的估計；S3 將模糊核進行細化；S4:由最終得到的模糊核實現圖像去卷積，獲得理想的圖像去模糊結果。本專利技術的運動模糊圖像恢復方法充分利用互補模糊圖像采集的信息，具有簡單有效、魯棒、實時性強的優點，在低復雜度的前提下，使具有挑戰性的運動模糊圖像恢復效果得到顯著提高。本專利技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。附圖說明本專利技術的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是本專利技術運動模糊圖像恢復方法的框架圖；圖2是本專利技術ー種優選實施方式中采用的互補模糊圖像采集系統示意圖；圖3是圖2中所示互補模糊圖像采集系統的光路圖；圖4是本專利技術互補模糊圖像采集系統的成像模型示意圖5是本專利技術ー種優選實施方式中拍攝場景的清晰圖像；圖6是本專利技術ー種優選實施方式中采用的仿真運動模糊的模糊核；圖7是本專利技術互補模糊圖像采集系統采集得到的模糊圖像；圖8是圖7中所不ネ旲糊圖像的等價轉換不意圖；圖9是本專利技術ー種優選實施方式中用于模糊核估計的重要邊緣；圖10是本專利技術ー種優選實施方式中模糊核和清晰圖像的初始估計；圖11是本專利技術ー種優選實施方式中模糊核估計和圖像恢復結果。具體實施方式 下面詳細描述本專利技術的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。本專利技術提出了一種運動模糊圖像恢復方法，如圖I所示，其包括如下步驟SI :建立互補模糊圖像采集系統，獲取同一場景在運動模糊影響下的兩個退化圖像；S2 :在物理成像模型基礎上，利用兩個模糊核之間的關系作為約束，得到初始的模糊核和清晰圖像的估計；S3 :將模糊核進行細化；S4 由最終得到的模糊核實現圖像去卷積，獲得理想的圖像去模糊結果。在本專利技術的ー種優選實施方式中，以機場跑道航拍圖像的運動去模糊為例進行說明，首先，建立互補模糊圖像采集系統，獲取同一場景在運動模糊影響下的兩個退化圖像，如圖2-圖4所示，本專利技術的互補模糊圖像采集系統包括分光鏡、第一棱鏡組合和第二棱鏡組合，該第一棱鏡組合裝設于第一棱鏡支架上，第二棱鏡組合裝設于第二棱鏡支架上。第一棱鏡支架通過第一螺旋高度調節架和第一導軌與基座固定，第二棱鏡本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種互補模糊圖像采集系統，其特征在于，包括：分光鏡、第一棱鏡組合和第二棱鏡組合，所述第一棱鏡組合裝設于第一棱鏡支架上，所述第二棱鏡組合裝設于第二棱鏡支架上；所述第一棱鏡支架通過第一螺旋高度調節架和第一導軌與基座固定，所述第二棱鏡支架通過第二螺旋高度調節架和第二導軌與基座固定，通過對第一螺旋高度調節架和第一導軌位置以及第二螺旋高度調節架和第二導軌位置的調節，使所述第一棱鏡組合和第二棱鏡組合的光心處于同一水平高度，并且使第一棱鏡組合和第二棱鏡組合的工作面相互平行；所述分光鏡位于所述第一棱鏡組合和第二棱鏡組合的光路上，入射光線經分光鏡分為兩路，一路經第一棱鏡組合實現光路旋轉90°，另一路經第二棱鏡組合實現像旋轉90°。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴瓊海，李雯，張軍，
申請(專利權)人：清華大學，北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：