[发明专利]基于傅里叶光学建模的编码光圈相机图像恢复方法

摘要

本发明属于数字图像处理技术领域，为解决对实际拍摄的依赖，减少人工拍摄引入的噪声也误差，定量分析编码掩模光学成像系统成像方式，最终得到编码光圈相机点扩散函数，以此为先验数据还原图像。本发明采用的技术方案是，基于傅里叶光学建模的编码光圈相机图像恢复方法，包括以下步骤：(1)定量分析编码掩模成像系统，编码掩模成像系统生成任意深度下的编码光圈相机仿真点扩散函数；(2)将步骤(1)中各深度下点扩散函数作为模糊核，对同一编码光圈相机拍摄的场景成像进行反卷积，依据最大后验概率MAP原则，最优化仿真结果，获得对原始场景的成像。本发明主要应用于数字图像处理。

主权项

1.一种基于傅里叶光学建模的编码光圈相机图像恢复方法，其特征是，步骤如下：(1)定量分析编码掩模成像系统，编码掩模成像系统生成任意深度下的编码光圈相机仿真点扩散函数；(2)将步骤(1)中各深度下点扩散函数作为模糊核，对同一编码光圈相机拍摄的场景成像进行反卷积，依据最大后验概率MAP原则，最优化仿真结果，获得对原始场景的成像；步骤(1)是根据编码掩模的结构和透镜组的传输函数，按照傅立叶光学的成像方式，来描述整个系统的成像过程，并给出最终成像结果的表达，具体步骤是：1)根据编码掩模成像系统的结构，按照编码掩模成像系统的成像原理得到整个编码掩模成像系统基本模型：g(x，y)＝h(x，y)*go(x，y)+n(x，y)，式中，h(x，y)为整个编码掩模成像系统的系统函数空域表达或点扩散函数，go(x，y)为原始场景，即待还原的原始场景清晰图像，n(x，y)为背景噪声，g(x，y)为成像结果，即编码光圈相机拍摄景深为do处的模糊成像图像，*为卷积运算，x、y是位于探测器平面上的、原点位于探测器平面中心的平面直角坐标系的横坐标和纵坐标；2)编码掩模成像系统的点扩散函数分为编码掩模结构对点光源发出光的衍射作用h1(x，y)以及实际相机透镜组对入射光的调制作用h2(x，y)，根据波动光学成像原理，将整个编码掩模成像系统基本模型中的点扩散函数h(x，y)表示为：h(x，y)＝h1(x，y)*h2(x，y)；编码掩模结构对点光源的作用h1(x，y)于编码掩模结构码型相关，是光线在掩模结构中衍射的结果，所以有：h1(x，y)＝PSF(t(x0，y0))，式中，(x，y)是接收平面的空间坐标；(x0，y0)是掩模孔径在掩模平面的空间坐标；t(x0，y0)是掩模结构的码型；由于从点光源发出的光通过空间经行传播，依据菲涅尔衍射规律，到达编码光圈前的复振幅分布为：式中，U0(x0，y0)到达编码掩模结构时的入射光复振幅分布，j是虚数单位，a0是入射光单位距离处振幅，k是入射光波数，L是光源即入射平面到掩模平面距离；而在其经过编码掩模结构后，其复振幅分布就变化为：U∑(x0，y0)＝U0(x0，y0)t(x0，y0)，式中，由菲涅耳衍射规律，得到像平面的复振幅分布公式：其中，Z是掩模平面到成像平面的距离，λ是光波长，由于exp(jkL)和exp(jkZ)是常位相因子，在考虑衍射效应的情况下推导点扩散函数的表达式：实际透镜组的非理想聚焦成像可以用其点扩散函数fl(x，y)来表示，通过实际测量或是产品手册来得到，所述的实际透镜组的非理想聚焦成像部分h2(x，y)是根据实际测量或是产品手册得到：h2(x，y)＝fl(x，y)，式中，fl(x，y)是实际透镜组的非理想聚焦成像的点扩散函数；3)将h1(x，y)和h2(x，y)代入整个编码掩模成像系统模型，最终得到整个编码掩模成像系统模型：g(x，y)＝PSF(t(x0，y0))*fl(x，y)*go(x，y)+n(x，y)。