[发明专利]一种简单镜头成像的多通道PSF标定方法

说明书

本发明公开了一种简单镜头成像的多通道PSF标定方法，涉及图像复原技术领域，包括：提取彩色模糊图像的R、G、B通道图像；利用盲卷积图像复原算法分别估计R、G、B通道图像对应的PSF；基于每个通道的PSF对每个通道图像做去模糊处理；对每个通道单独做色散校正；将处理之后的R、G、B通道图像进行融合得到最终的清晰复原图像。本方法不同于传统方法对三个通道使用同一个PSF，分通道估计的PSF更加准确，去模糊效果更好，同时有效解决了色散在传统去模糊过程进一步加剧的问题，很好地提高最终图像复原质量。

技术领域

本发明主要涉及到数字图像处理领域，特指一种简单镜头成像的多通道PSF标定方法。

背景技术

目前，单反相机在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。然而，为弥补单反镜头中镜片的几何畸变和像差，进一步提高成像质量，单反镜头的设计日益复杂，甚至包含数十个独立的光学器件。复杂镜头在提高成像质量的同时，也会增加镜头的体积和重量，导致镜头成本大大提高。近年来，随着计算摄影技术的发展，简单镜头结合后期图像复原算法正逐渐成为相机设计领域以及图像处理领域一个新的研究方向。

简单镜头只包含一个镜片，受镜头像差和色散的影响，由简单镜头直接拍摄的图像是模糊的，而且边缘处存在色散，从而导致图像质量不高。需要首先标定得到简单镜头的点扩散函数(Point Spread Function，PSF)，PSF中包含简单镜头的像差等模糊信息，可用于后期的图像复原算法中。

传统的PSF标定方法将彩色图像的三个通道作统一处理，即将彩色图像转换成灰度图像，通过标定得到一个PSF，并将这个PSF用于彩色图像三个通道的去模糊处理。这种方法主要存在以下两个问题：(1)受简单镜头中镜片球面形状的影响，由简单镜头得到的彩色图像的三个通道的PSF并不完全相同，如果统一处理会导致PSF估计不准；(2)色散效应在每个通道中都存在，而且在去模糊过程会进一步加剧，如果PSF估计不准，最终复原图像中的色散效应会加剧，从而影响图像复原质量。

在中国专利申请号ZL201510222290.9中介绍了一种基于对称性的单透镜计算成像PSF快速标定方法，这种方法并没有考虑彩色图像R、G、B三个通道的差异性，对彩色图像估计的是一个统一PSF，这会影响PSF的估计精度，从而影响最终的图像复原效果。

发明内容

本发明为克服传统PSF标定方法中估计不准，色散效应在去模糊过程中加剧的问题，旨在提供一种提高简单镜头PSF标定精度后得到清晰复原图像的方法。

一种简单镜头成像的多通道PSF标定方法，包括以下步骤：

步骤一：提取原始模糊图像的R、G、B通道图像；

步骤二：用盲卷积图像复原方法分别标定不同通道的PSF；其中采用的盲卷积图像复原算法为基于最大后验概率MAP的盲卷积图像复原算法，在最大后验概率模型下，盲卷积图像复原问题的统计学模型可以表述为：

argmax P(k,i|b)＝argmaxP(b|i,k)P(i)P(k)

其中，k表示简单镜头的PSF；i表示清晰图像；b表示由简单镜头直接得到的模糊图像；P(k,i|b)表示在模糊图像b已知的条件下，与模糊图像b对应的PSF和清晰图像分别为k和i的概率；P(b|i,k)表示如果已知PSF k和清晰图像对应的模糊图像为b的概率；P(i)表示对清晰图像已知的先验概率；P(k)表示PSF的先验概率；

考虑到对数与乘积的转换关系以及对数函数的单调性，对上述公式左右两端分别去负对数：

-log P(k,i|b)＝-log P(b|k,i)-log P(i)-log P(k)

则上述问题转化为能量最小化问题，左边的目标函数可以定义为：