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专利号: 2018102525680
申请人: 广西大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 光学
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,包括以下步骤:采集不同成像条件下光栅对物成像的序列图像;

对序列图像的每一帧图进行灰度信息提取、中值滤波和刃边提取,得到刃边图像的边缘分界线;

基于Boltzmann函数的拟合模型求取每一帧图横向与纵向ESF,将ESF作差分处理得到LSF,将横向与纵向LSF作叉乘运算得到该刃边图像对应的点扩散函数PSF;

基于得到的点扩散函数PSF进行反卷积复原。

2.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,所述刃边提取的具体方法是:对灰度提取、中值滤波后的序列图像进行刃边函数提取,将刃边图像的每一行进行依次差分,得到绝对值最大的刃边点坐标位置,该位置即为一行相邻像素的灰度差值极点;由最小二乘法拟合每行的极点坐标,则拟合的直线为该刃边图像的边缘分界线。

3.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,采集不同成像条件的序列图像,具体为在不同的光栅常数、不同的入射角度、不同的成像距离条件下采集序列图像。

4.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,所述的光栅对物成像满足以下条件:式中k1,1/d1和z1分别为色散光栅的衍射光级数、色散光栅的空间频率和色散光栅至物体的垂直距离;k2,1/d2和z2分别为汇合光谱光栅衍射级数、汇合光谱光栅的空间频率和汇合光谱光栅至物体的垂直距离,w为系数,且0.75≤w≤2;

采集光源经过色散光栅后形成的衍射光路上的序列图像。

5.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,所述LSF通过下述方式求得:以拟合的边缘分界线为基点,将刃边各行对应的像素灰度值进行相加,求得的平均灰度曲线ESF;再利用基于Boltzmann函数的拟合模型对ESF曲线进行拟合,Boltzmann函数的拟合模型设计如下:式中,F(x)为Boltzmann函数拟合方程,A1、A2、x0、dx为待定系数。将拟合后的ESF曲线进行如下式的微分运算,得到图像线扩散函数LSF:LSF(n)=ESF(n)-ESF(n-1)

其中,n为像素点的列坐标;

对F(x)进行求导,得到LSF的数学形式,如下式:

其中x=1、2、3…n。

检测成像图中橫纵两方向上的线扩散函数LSF,将其叉乘得到该刃边图像对应的点扩散函数PSF。

6.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,所述的点扩散函数卷积复原,是基于估算所得的点扩散函数,采用非线性迭代的Lucky-Richardson滤波复原技术进行反卷积复原。

7.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,基于估算所得的点扩散函数PSF,利用退化函数的卷积形式表示原物经像差退化:g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y)f(x,y)为原物像,h(x,y)为点扩散函数(PSF),n(x,y)为图像在采集与传输过程中的随机加性噪声,g(x,y)为退化图像;

用最大似然估计法对模型进行估计,得出的最大似然函数即为原始图像;估计迭代方程可表示为:式中,“*”表示卷积运算,k为迭代次数,为恢复的图像;

随着迭代次数k的不断增大,复原出的图像越理想。

8.根据权利要求1所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,在运用点扩散函数进行反卷积复原的步骤之后,还包括下述步骤:采用边缘能量、平均梯度、点锐度三种参量指标对复原后的序列图进行评价,评价的具体方法为:采用边缘能量Edge-energy参数指标,提取图像水平与垂直方向上的边缘成分,通过检测得到的边缘能量值来判断图像的清晰度;

采用平均梯度GMG参数指标,检测图像边界或影线附近两侧灰度差异值或灰度变化率;

采用点锐度PSD参量指标,检测图像边缘的灰度变化情况。

9.根据权利要求2所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,在不同的入射角度下复原的序列图像满足如下条件:其中,x0近似为固定值,即x0≈53.13;参数A1、A2、dx将各个入射角度下的变化趋势进行拟合,表达式如下:其中,y0′、y0″、y0″′、A′、A″、A″′、w′、w″、w″′、xc′、xc″、xc″′为常数。

10.根据权利要求2所述的一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法,其特征在于,所述的不同的入射角度为-35°~20°间的任一入射角度。