[发明专利]一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法

说明书

本发明公开了一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法，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，对采集的图像利用刃边法进行边缘灰度信息提取和中值滤波，基于Boltzmann函数拟合模型获得该刃边图像对应的点扩散函数PSF，运用点扩散函数进行反卷积复原，对复原后的序列图像进行评价。

技术领域

本发明涉及一种光栅对物成像像散的处理方法，特别是涉及一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法。

背景技术

光栅是一种重要的应用广泛的光学元件，它除了具有人们熟知的色散与分光作用外，还具有成像作用。光栅的成像有不同类型，其中早年发现的反映光栅自成像现象的Talbot效应、Lau效应已被广泛研究与应用，而与之不同的另一种成像——双光栅对物体的消色散成像的研究工作尚处于初级阶段。这种成像使得光栅能像透镜和反射镜那样成为对一般物体的成像器件，它与传统的透镜成像相比具有轻巧的优势，这正好是传统透镜难以克服的缺点。

“衍射图像传递法”(专利号ZL 02154113.2)公开了经典的双光栅对物体的消色散成像系统。这种成像系统可用于隔着障碍物对目标物体的瞄准定位、测量，用于制作新型滤波系统等，但其消色散成像往往伴有像散，严重影响了成像质量。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，本发明针对双光栅衍射成像的规律和内在机理，提供了一种基于序列图像分析消除光栅对物成像像散的方法，具体技术方案如下：

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边缘扩散函数ESF，将边缘扩散函数 ESF作差分处理得到线扩散函数LSF，将横向与纵向线扩散函数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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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，与色散光栅和汇合光谱光栅的夹角有关，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。

光源经过色散光栅的衍射后，所成的物像一般都会有像散，对于等周期光栅，只有在该衍射光的最小偏向角下才可消像散；对于非等周期光栅，所成的物像不会都能形成消像散像。

进一步地，所述线扩散函数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，求得的边缘扩散函数ESF；再利用基于Boltzmann函数的拟合模型对边缘扩散函数ESF 曲线进行拟合，Boltzmann函数的拟合模型设计如下：