专利名称：一种天基大视场成像点源/斑状目标的图像恢复增强方法
技术领域：
本发明属于航天技术与图像处理相结合的交叉科学技术领域，具体涉及一种天基 大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法。
背景技术：
在天基对地观测时，由于成像探测设备设计和制造工艺技术水平的限制，将造成 图像品质的下降，如图像畸变或模糊。特别对斑/点状目标，将产生点源或斑状目标信号的 减弱，对信号弱的点源目标或斑状目标造成漏检的后果。成像传感器自身产生的模糊可以 用点扩展函数模型近似表征。但是，传统小视场成像传感器使用空间不变点扩展函数退化 模型不能准确的反映大视场成像传感器产生的成像畸变。更重要的是，在成像系统建成后 随着时间推移系统的畸变会增加，如何发展数字处理的方法，自适应校正其畸变和模糊、提 高其性能，就成为重要的研究课题。这是当前技术发展中十分薄弱的尚待解决的难题。大 视场成像传感器所引起的畸变应该用空间变化的点扩展函数来表征，其成像畸变具有随时 间、空间变化的特点。设在某一定曝光时间内，成像器畸变的点扩展函数为PSF(x，y)，它可通过两个点 扩展函数的卷积得到1.随着与离镜头轴心的距离不同造成不同的图像模糊，其等效的点扩展函数为 PSF1 (r)0其中r为离镜头中心或焦平面中心ο的距离，如图(2)所示。根据成像传感器的 制作技术水平，在焦平面中心，由衍射极限造成的图像模糊相对比较小，即PSF1OO比较小； 而离光学镜头轴心的距离越远，其成像传感器光学镜头的制作畸变更大，成像时会对图像 造成较大的模糊，从而PSF1OO也就比较大(如图(2b))。2.如图(3a)所示，在某感光元S(x，y)处其点扩展函数为= ^x2+_y2 )，
点源目标可能完全落入该感光元上，即一个像素的点像。但也可能落入2 4个感光元上 (如图(3b) 图(3d))，此时这些感光元均产生响应，使一个点像变成2 4个像素的点像， 这就造成模糊效应。同样，大于一个感光元面积的斑状目标落入多个感光元形成附加模糊 的例子见图(3e)。这就是说，由于成像位置不同，同样大小的点源或斑状目标在焦平面离散 感光元阵列上将形成随机的附加模糊的像。我们可用一个随机的点扩展函数PSF2 (x，y)来 表示，PSF2(x，y)是源于数字型成像传感装置离散的感光元阵列。则总的点扩展函数表示为PSF (x, y) = PSF1 (χ, y) *PSF2 (χ, y)综上所述，需要发明新的数字图像处理技术，来改善和校正由于上述成像系统本 身造成的成像模糊问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天基大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法。该 方法提出了空间可变的点扩展函数的模型，并考虑到成像焦平面离散的感光元阵列产生的 随机退化模糊效应，提出并实现了有效的点源/斑状目标的恢复增强方法。
本发明提供的天基大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法，其步骤包括地面准备阶段(1)将成像传感装置因设计和制造工艺技术水平的限制而造成的空间可变退化图 像分成多个空间不变的图像子块，并构造各图像子块的总体点扩展函数。(1. 1)根据感光元离镜头轴心的距离，将焦平面上灰度图像分成M个子块，各图像 子块用fi(i为图像子块的序号，i = 1,2, L，M)表示，各图像子块内可近似看成等晕区；(1.2)在地面预先用光学设备测出各图像子块内的点扩展函数PSFil (r)，并存储 到数据库中；(1. 3)针对各图像子块，构造成像焦平面离散感光元阵列随机退化模糊效应点扩 展函数模型PSFi2 (x，y)；(1. 4)构建各子块的总体点扩展函数模型PSFiOc, y) = PSFil (X，y) ^PSFi2 (x, y)。在线处理阶段(2)以步骤1建立的空间可变图像退化模型为约束条件，对各图像子块分别进行 校正；(2. 1)用最大似然估计算法对各图像子块进行校正。将PSFil (r)作为点扩展的迭 代初值，即Y =PSFn(T)，将&作为目标图像的迭代初值，即=_/；，并设置迭代次数为N进 行迭代。迭代公式如下
权利要求
一种天基大视场成像点源或斑状目标的图像恢复增强方法，其步骤包括(1)将空间可变退化图像分成多个空间不变的图像子块，并构建各图像字块的点扩展函数。(1.1)将焦平面上的灰度图像分成M个子块，各图像子块用fi表示，其中i为图像子块的序号，i＝1，2，L，M，各图像子块内可近似看成等晕区；其中，M取值根据感光元离镜头轴心的距离大小确定；(1.2)在地面预先用光学设备测出各图像子块内的点扩展函数PSFi1(r)，并存储到数据库中；(1.3)构造成像焦平面离散感光元阵列对应的各图像子块内的随机退化模糊效应点扩展函数PSFi2(x，y)；(1.4)构建各子块的总体点扩展函数PSFi(x，y)＝PSFi1(x，y)*PSFi2(x，y)(2)利用空间不变图像校正方法对各图像子块分别进行校正，得到各图像子块的校正图像(3)拼接步骤用拼接算法将各校正后的图像子块拼接起来，得到完整的校正图像FDA0000026615160000011.tif,FDA0000026615160000012.tif,FDA0000026615160000013.tif
2.根据权利要求1所述的天基大视场成像点源或斑状目标的恢复增强方法，其特征在 于，所述的步骤(2)中的校正过程具体为(2. 1)用最大似然估计算法对各图像子块进行校正将PSFn(r)作为点扩展的迭代初值，即/^ =PSFn(T)，将f^作为目标图像的迭代初值， 即=/，并设置迭代次数为N进行迭代，迭代公式如下r⑷=α^^) (ο(y-z)fi (ζ)zeX昨)=作炉 /ASU,(…⑶)(2)zeX上式中，X为目标图像的支持域，Y为观察图像的支持域，ζ e x，x e Y，y e Υ，/"(χ)为 第η次迭代得到的校正图像，hin(x)为第η次迭代得到的点扩散函数，gi是实际观测到的图 像数据，即fi;(2. 2)达到迭代次数，得到各图像子块的校正图像义，即义=/w(x)，以及总体点扩展函 数或=/f(x)。
3.根据权利要求1或2所述的一种天基大视场成像点源或斑状目标的恢复增强方法， 其特征在于，所述的步骤(3)的拼接过程中，为去除拼接图像视觉上的割裂感，在进行图像 分块时，将等晕区边界适当往外延伸，并依据重叠区像素到边界的距离构造加权系数，通过 使用重叠区数据完成渐变的拼接。
全文摘要
本发明公开了一种天基大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法，包括(1)将空间可变退化图像分成多个空间不变的图像子块，并构建各图像字块的点扩展函数；(2)将退化图像分为若干的空间近似不变的图像子块并在地面离线测出PSFi1(r)；(3)利用最大似然算法对各图像子块进行校正；(4)拼接算法将各图像子块拼接起来，完成对退化图像的校正。本发明建立了大视场成像传感器空间可变的点扩展函数模型，提出并实现了空间可变恢复校正方法，可有效实现点源/斑状目标的恢复增强。
文档编号G06T5/00GK101937561SQ20101028552
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者余铮, 关静, 左芝勇, 张天序, 张蒲涛, 武道龙, 陈建冲, 陈浩 申请人:华中科技大学