基于空间变化点扩展函数的图像直接复原方法

采用点插值法、循环矩阵模型、拉普拉斯正则化方法和共轭梯度迭代法,解决了空间变化图像复原过程中空间变化点扩展函数的获取、反卷积的计算模型、反问题的病态性以及复原算法等问题。在此基础上,建立了空间变化图像复原方法,并分析了图像复原的基本模型。最后,通过仿真对比了提出的空间变化图像复原算法和空间不变图像复原算法,结果表明,空间变化算法的图像复原结果好于空间不变算法。     

大视场高像质简单光学系统的光学-算法协同设计

为了实现高像质相机低成本、小型化的需求,本文提出了一种大视场简单光学系统的光学-算法协同设计方法,并通过图像复原算法校正简单光学系统的残余像差。首先,针对大视场光学系统,对空间变化的交叉通道去卷积算法进行改进,加入倍率色差校正,使图像复原算法可显著去除色差的影响。然后,在光学设计过程中,放开色差的约束,并专注优化绿色通道的像质,使其成像锐利,在后期交叉通道去卷积算法中有助于红、蓝两通道图像复原。利用该方法设计了一个由两片同种材料的镜片构成的大视场简单光学系统。系统焦距为50 mm,全视场为46°,F数为5. 6,探测器分辨率为1 000万像素。实验结果表明:本文设计的两片镜、大视场简单光学系统的成像质量可媲美三片式库克镜头,明显优于纯图像复原的结果。本文方法实现了大视场简单光学系统的设计,并能够通过系统最终获得高分辨率、高像质图像。     

基于GPU的多帧盲解卷积图像复原技术并行化实现

多帧盲解卷积图像复原技术能够进一步提高自适应光学图像的分辨力,但其算法比较复杂,处理耗时过长,对序列图像复原经常需要几分钟甚至几十分钟的计算时间,对实际应用造成了极大不便。为了提升算法的运行速度,改善其耗时过长的问题,通过研究和分析盲解卷积算法原理和算法结构,采用目前高速发展的中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）异构加速技术,主要对耗时最长的矩阵卷积运算进行优化,通过使用库函数与算法结构微调相结合的方法并行加速,实现多帧盲解卷积的图像复原算法的并行化。使用并行算法对图像进行复原处理,针对16帧以上分辨率为256256像素的空间目标图像,可以实现17的加速比,为图像复原的实时/准实时提供一种可行的方案。     

用于计算成像系统的基于信噪比自适应估计的图像去模糊研究

实现有效的图像去模糊对提高基于球面光学的计算成像系统性能具有极为重要的意义。分析了球面光学系统中的成像模糊模型,并介绍了基于维纳去卷积的图像去模糊算法。针对基于维纳去卷积的图像去模糊需要准确地估计模糊图像信噪比的问题,提出了一种新的基于图像去噪的图像信噪比自适应估计算法。分别使用Zemax光学仿真软件获得的图像和研制的基于球面光学的计算成像系统原理样机获得的图像开展实验研究,结果表明提出的算法能准确地估计出模糊图像的噪声方差和信噪比,利用估计得到的信噪比,使用维纳去卷积能得到比较理想的图像去模糊结果。因此,结合提出的方法,基于球面光学的计算成像系统能得到清晰的高分辨率图像。     

联合梯度预测与导引滤波的图像运动模糊复原

针对由相机与所摄景物之间发生相对位置移动所导致的图像运动模糊,提出了一种鲁棒的基于单幅运动模糊图像的盲反卷积算法。该方法首先通过预测图像中的较强边缘信息,实现用简单、易于求解的优化问题在傅里叶域中快速、准确地估计出点扩散函数。然后利用得到的点扩散函数,使用基于梯度约束的非盲反卷积算法复原清晰图像,同时采用一种新的边缘保持滤波器-导引滤波来消除噪声并抑制振铃效应。实验结果表明：本文的算法能够快速地从单幅运动模糊图像复原出具有清晰边缘和纹理的高质量图像,并且运算时间不超过20 s。     

自适应光学图像非对称图像迭代盲复原算法

 为了提高自适应光学图像复原效果,提出了一种新的多重约束非对称图像迭代盲解卷积算法。首先,在点扩散函数（PSF）频率域引入带宽有限约束来提高迭代盲解卷积算法的可靠性;然后,在PSF空间域引入支持域动态更新的思想以加快迭代盲解卷积算法收敛速度;最后,自动计算迭代盲解卷积算法的非对称因子以提高算法的自适应性。模拟实验结果表明,与RL-IBD算法比较,新算法迭代次数减少22.4%、峰值信噪比提高10.18 dB。在FK5-857和某双星的自适应光学图像复原实验中,也取得很好的复原效果。     

组合傅里叶变换与曲波变换的图像复原

针对图像复原的病态反问题进行研究,分析了图像复原的数学模型及其病态性,提出了组合傅里叶变换与曲波变换的图像复原(ForCurIR)算法.算法利用傅里叶变换对色噪声和曲波变换对分片光滑图像的稀疏表示特性,将图像复原问题转换成傅里叶变换域约束去卷积和曲波变换域约束去噪问题,最后通过组合傅里叶变换域和曲波变换域收缩法实现去卷积和抑制噪声.实验结果表明:ForCurIR算法很好地再现了图像的边缘等细节信息,复原出的图像在信噪比和视觉质量两方面部有显著的提高.     

基于模糊度量的激光水下图像复原的盲去卷积方法

由于水体对激光存在着不可克服的吸收和散射效应,距离选通水下激光成像系统所获得的图像存在不同程度的劣化问题,具有信噪比低、边缘模糊等特点.为提高图像质量,将基于模糊度量的盲去卷积方法应用于激光水下成像的图像复原中.结合威尔斯小角度近似得出的点扩展函数与调制传递函数,分别讨论了最大期望,最小均方与多次乘法迭代盲去卷积算法,...     

双树复数小波变换的视网膜图像半盲解卷积复原

针对导致自适应光学视网膜图像降质退化的原因,提出了一种结合双树复数小波变换(DTCWT)和图像半盲解卷积复原算法的方法。首先,对经过自适应光学实时校正技术得到的视网膜图像进行DT-CWT分解,得到低频和高频部分应的图像。将自适应光学成像系统中残余像差重建的光学传递函数作为图像复原模型的初始估计点扩散函数(PSF),并对低频部分图像进行条件约束的迭代半盲解卷积复原;对高频部分的图像进行去噪处理。最后,将处理后的高频和低频部分图像进行双树复数小波逆变换,获得复原图像。实验和结果表明:由该方法处理的视网膜细胞图像质量得到明显提高,图像客观质量评价参数相对于原始图像提高了5倍多;在视网膜细胞的空间频率范围内(70~90(°)~1),复原图像功率谱平均值提高了5倍左右,有助于对视网膜细胞的高分辨率观察。     

基于大气相干长度的湍流模糊图像复原

利用地基光学望远镜观测空间目标时,大气湍流是影响成像质量的主要因素。由于大气湍流引起成像波面的畸变,导致望远镜所获得的图像模糊。为了从模糊图像中复原出目标的原始图像,提出了一种基于大气相干长度的湍流点扩展函数估计方法,进行了理论推导,并利用Sobel方法对迭代相同次数后的盲卷积复原图进行像质评价,找出像质评价结果峰值处对应的大气相干长度;再将此值代入点扩展函数的估计公式中,得到点扩展函数更加准确的估计;然后利用此点扩展函数对湍流模糊图像进行盲卷积图像复原,最后得到目标的复原图像。从多种像质评价结果来看,该方法无需测量大气相干长度,且复原效果较理想。     

一种基于减法运算的图象解卷积算法

分析了光学成象系统中点扩展函数的作用,采用减法运算从图象中消除了点扩展函数对图象造成的影响,从而实现了图象恢复.文章给出了该算法的流程及实例.     

A Robust Point Spread Function Estimation for Out-of-Focus Blurred and Noisy Images Based on a Distribution of Gradient Vectors on the Polar Plane

The estimation of the point spread function (PSF) is a very important and indispensable task for practical image restoration. Various PSF estimation algorithms have been developed, especially for the out-of-focus blur. However, a majority of them are useless in an extremely noisy environment. This paper describes a new robust PSF estimation algorithm based on a distribution of gradient vectors on the logarithmic amplitude spectrum mapped to the polar plane. The proposed algorithm can estimate the out-of-focus PSF accurately and robustly, even for an image highly corrupted by noise. The effectiveness of the proposed algorithm is verified by applying it to the PSF estimation for out-of-focus blurred and noisy images.     

单幅模糊图像点扩散函数估计的梯度倒谱分析方法研究

针对单幅图像复原算法引入先验信息导致复杂度高、运算效率低的问题, 提出了单幅模糊图像点扩散函数估计的梯度倒谱分析方法. 首先给出了单幅模糊图像梯度倒谱估计其点扩散函数的基本原理, 利用相位恢复策略复原了二维点扩散函数相位信息, 实现了点扩散函数的快速估计; 其次, 为鉴别点扩散函数估计精度, 建立了图像梯度保真约束的全变分正则化图像复原模型, 并采用快速稳定收敛的交替方向策略优化能量函数; 通过对仿真和实拍单幅模糊图像进行的测试实验结果表明, 该方法快速准确地估计出点扩散函数, 克服了传统复原算法收敛速度慢的缺点, 有效抑制了振铃效应、保护了边缘信息, 为大尺寸单幅图像复原的工程化实现提供了理论和技术基础. 关键词： 图像复原 点扩散函数 梯度倒谱分析 全变分     

基于光学系统像面分割的图像恢复方法研究

实际光学系统的点扩散函数随视场的不同而变化,因此基于线性不变成像系统的图像恢复方法在处理由大视场系统得到的图像时,恢复效果不理想。若把成像系统作为线性空变系统来进行处理,根据等晕成像原理,如将降质图像分割为不同区域进行复原的话,则可以有效地提高图像的恢复效果。针对区域间边界不连续性的问题,提出了区域延拓的解决方法,通过数字仿真,验证了图像分割处理与区域延拓方法的可行性。     

离焦模糊图像的维纳滤波恢复

为消除离焦误差产生的图像模糊,介绍了基于逆滤波和维纳滤波的离焦模糊图像复原方法。从光学成像原理出发,根据高斯方程计算离焦误差,建立离焦误差与光学传递函数之间的关系。讨论了离焦误差对光学成像系统传递函数的影响。通过建立线性空间不变的模糊模型,构建点扩散函数和光学传递函数,采用与模糊过程相反的处理方法进行图像复原,消除离焦误差造成的图像模糊。测试实验中,对标准样本Lena图像进行了离焦模糊处理,采用维纳滤波算法复原图像,选择不同的离焦半径和维纳滤波参数进行对比。实验结果表明:维纳滤波方法可有效消除离焦模糊;抑制噪声干扰和"振铃效应";可把图像峰值信噪比提高到6dB以上。     

红外目标湍流退化图像的优化复原算法

提出了基于最速下降法的湍流退化图像盲目复原算法。将图像转换到频域中，建立一个基于目标图像和点扩展函数频谱的目标函数，通过迭代方式采用最速下降优化方法来极小化该目标函数，并利用傅里叶变换和反变换将目标图像和点扩展函数在频域和空域之间进行变换，在每次迭代中交替加入约束条件进行反复修正，以便取得预期的图像恢复效果，增强算法的稳定性和抗噪能力。针对红外目标湍流退化图像，在微机上对算法进行了一系列复原验证实验。实验结果表明：该文算法复原效果稳定，抗噪能力强，具有实用价值。     

Point Spread Function Estimation for a Turbulence-Degenerated Image Based on Àtrous Wavelet Transform

The observed object images are seriously blurred because of the influence of atmospheric turbulence. The restoration is required for the reconstruction of turbulence degraded images. Point spread function (PSF) estimation, an essential part of image restoration, has no accurate estimation algorithm at present. Based on the àtrous wavelet, we deduce a novel PSF estimation algorithm. First, the àtrous wavelet at varying scales is transformed. Then, on the basis of the relation among the local maxima of the modulus of the wavelet coefficients at different scales, the Lipschitz exponent of the wavelet coefficients is computed, thus the variance of a PSF is estimated. From this estimated variance, one is able to obtain the PSF. Consequently, the object image can be restored. Experimental results show that the proposed method is highly effective with good performance.     

Semi-blind image restoration based on Chan-Vese denoising model

A semi-blind image restoration algorithm is proposed based on reduced non-convex approximation of Luminita Vese and Tony Chan's (C-V) denoising model. Compared with C-V denoising model, we modify the fidelity term and add a term on point spread function (PSF). The function depends on two variables: the image function to be restored u and the standard deviation of Gaussian kernel to be estimated σ. Then the problems consist in solving a system with two coupled equations. Compared with the Leah Bar's semi-blind image restoration model which must solve three coupled equations, our method only needs to solve two equations. Furthermore, the estimation of f by our algorithm is superior to Leah Bar's algorithm. The experimental results demonstrate that the proposed method is effective.     

用神经网络鉴别退化图像的模糊类型

提出了一种用神经网络鉴别退化图像的模糊类型的方法。由于采用不同降质方法得到退化图像的频谱差异较大,以此作为判别依据,用概率神经网络实现了对四种模糊类型:离焦,矩形,运动和高斯模糊的鉴别。根据神经网络的鉴别结果决定点扩散函数的初始估计值,可大大地提高盲解恢复算法的复原质量和系统点扩散函数的估计精度,扩大了算法的实用范围。     

中子数字图像几何不锐度校正算法研究

以中子数字成像系统的开发为背景,提出一种用于中子数字图像几何不锐度校正的图像复原算法。首先分析了中子数字成像的准直成像系统,得到引起中子数字图像几何不锐度的点扩展函数。据此,提出一种正则化的Lucy-Richardson(LR)算法,该算法利用贝叶斯(Bayes)最大后验估计理论研究了小波系数的双变量层间模型,推导出一种有效的小波降噪方法,并将小波降噪引入LR算法的迭代过程,此方法可有效解决原始LR算法的噪声放大问题。将改进的LR算法用于一个测试样品中子数字图像的几何不锐度校正,结果表明,该算法可以克服原始LR算法的不足,并优于频域小波域联合正则化图像复原算法。该方法还可以推广到其他图像复原的应用中。