基于向导的气动光学退化图像快速复原方法
【专利摘要】基于向导的气动光学退化图像快速复原方法属于图像处理【技术领域】，具体涉及一种应用于高速飞行器上的气动光学退化图像快速复原方法；该快速复原方法包括前期准备，图像复原两大步骤，前期准备可以获得气动光学退化图像的先验知识，为图像复原做准备，而图像复原步骤仅包括九步即可实现；由于前期准备和图像复原均为加、减、乘、数、傅里叶变换和傅里叶逆变换的简单运算，同时避免使用迭代，因此具有运算速度快的优点；由于没有对测量装置有特殊限定，因此该方法可以在现有系统上执行，无需对硬件进行改动。
【专利说明】基于向导的气动光学退化图像快速复原方法
【技术领域】
[0001]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法属于图像处理【技术领域】，具体涉及一种应用于高速飞行器上的气动光学退化图像快速复原方法。
【背景技术】
[0002]侦察机是现代战争的主要侦查工具。为了获得情报，侦察机上的相机会拍摄一系列照片。然而，随着侦察机的飞行速度越来越快，气动光学效应也会随之产生，造成侦查图像模糊，降低了侦查的准确性。为了保持高速侦察机的侦查能力，并兼顾到信息传递的实时性，需要研究一种气动光学退化图像快速复原方法。
[0003]应用最为广泛的复原方法是迭代方法，然而，这种方法运算时间长，不能满足侦察机对图像处理实时性的要求。针对传统的迭代复原算法，虽然已经有众多方法实现加速，然而，由于这些方法没有从根本上摆脱迭代运算，因此加速效果有限。Yixian Qian等人提出了基于光电混合处理的随机运动模糊图像实时复原方法，然而该方法需要用高速CCD配合主CCD，并依赖联合相关变换器才能实现快速复原，对硬件有极高的要求。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明设计了一种基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，该方法可以在不改变现有成像系统硬件条件的前提下，实现对气动光效效应退化图像快速复原。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0007]对于前期准备，根据飞行器的空间位置坐标和姿态计算得到向导的参数信息，所述的参数信息包括向导在探测图像中的大小、形状和位置信息；
[0008]对于图像复原，包括以下步骤:
[0009]第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0010]第二步、截取第一步得到探测图像的子图像，所述子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0011]第三步、以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像，以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值和前期准备部分向导在探测图像中的大小、形状和位置信息为基础，构造出分辨率为B的先验图像；
[0012]第四步、利用第二步得到的子图像减去第三步得到的背景图像，得到第一灰度差，利用第三步得到的先验图像减去第三步得到的背景图像，得到第二灰度差；
[0013]第五步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第四步得到的第一灰度差做傅里叶变换，得到第一灰度差频谱，对第四步得到的第二灰度差做傅里叶变换，得到第二灰度差频谱；
[0014]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0015]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0016]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0017]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
[0018]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0019]对于前期准备，根据飞行器的空间位置坐标和姿态计算得到向导的参数信息，所述的参数信息包括向导在探测图像中的大小、形状和位置信息；
[0020]对于图像复原，包括以下步骤:
[0021]第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0022]第二步、截取第一步得到探测图像的子图像，所述子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0023]第三步、以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像，以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值和前期准备部分向导在探测图像中的大小、形状和位置信息为基础，构造出分辨率为B的先验图像；
[0024]第四步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第二步得到的子图像做傅里叶变换，得到子图像频谱，对第三步得到的背景图像做傅里叶变换，得到背景图像频谱，对第三步得到的先验图像做傅里叶变换，得到先验图像频谱；
[0025]第五步、利用第四步得到的子图像频谱减去背景图像频谱，得到第一灰度差频谱，利用第四步得到的先验图像频谱减去背景图像频谱，得到第二灰度差频谱；
[0026]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0027]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0028]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0029]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
[0030]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0031]对于前期准备，在飞行器飞行姿态平稳后、且未达到音速前，获取先验图像，所述的先验图像的分辨率为A ;
[0032]对于图像复原，包括以下步骤:
[0033]第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0034]第二步、截取前期准备部分得到的先验图像的第一子图像，所述第一子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B，截取第一步得到探测图像的第二子图像，所述第二子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0035]第三步、以第二步得到的第一子图像或第二子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像；
[0036]第四步、利用第二步得到的第二子图像减去第三步得到的背景图像，得到第一灰度差，利用第二步得到的第一子图像减去第三步得到的背景图像，得到第二灰度差；
[0037]第五步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第四步得到的第一灰度差做傅里叶变换，得到第一灰度差频谱，对第四步得到的第二灰度差做傅里叶变换，得到第二灰度差频谱；
[0038]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0039]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0040]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0041]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
[0042]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0043]对于前期准备，在飞行器飞行姿态平稳后、且未达到音速前，获取先验图像，所述的先验图像的分辨率为A ;
[0044]对于图像复原，包括以下步骤:
[0045]第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0046]第二步、截取前期准备部分得到的先验图像的第一子图像，所述第一子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B，截取第一步得到探测图像的第二子图像，所述第二子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0047]第三步、以第二步得到的第一子图像或第二子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像；
[0048]第四步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第二步得到的第一子图像做傅里叶变换，得到第一子图像频谱，对第二步得到的第二子图像做傅里叶变换，得到第二子图像频谱，对第三步得到的背景图像做傅里叶变换，得到背景图像频谱；
[0049]第五步、利用第四步得到的第二子图像频谱减去背景图像频谱，得到第一灰度差频谱，利用第四步得到的第一子图像频谱减去背景图像频谱，得到第二灰度差频谱；
[0050]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0051]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0052]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0053]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
[0054]有益效果:本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，前期准备可以获得气动光学退化图像的先验知识，为图像复原做准备，而图像复原步骤仅包括九步即可实现；由于前期准备和图像复原均为加、减、乘、数、傅里叶变换和傅里叶逆变换的简单运算，同时避免使用迭代，因此具有运算速度快的优点；由于没有对测量装置有特殊限定，因此该方法可以在现有系统上执行，无需对硬件进行改动。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1是本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法具体实施例一的探测图像。[0056]图2是本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法具体实施例一的探测图像的子图像。
[0057]图3是本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法具体实施例一的先验图像。
[0058]图4是本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法具体实施例一的复原图像。
[0059]图5是本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法具体实施例一的复原图像局部图。
[0060]图6是本发明基于向导的气动光学退化图像快速复原方法具体实施例三的先验图像。
【具体实施方式】
[0061]下面结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0062]具体实施例一
[0063]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0064]对于前期准备，根据飞行器的空间位置坐标和姿态计算得到向导的参数信息，所述的参数信息包括向导在探测图像中的大小、形状和位置信息；
[0065]对于图像复原，包括以下步骤:
[0066]第一步、高速飞行器获取探测图像，如图1所示，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0067]第二步、截取第一步得到探测图像的子图像，如图2所示，所述子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0068]第三步、以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像，以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值和前期准备部分向导在探测图像中的大小、形状和位置信息为基础，构造出分辨率为B的先验图像，如图3所示；
[0069]第四步、利用第二步得到的子图像减去第三步得到的背景图像，得到第一灰度差，利用第三步得到的先验图像减去第三步得到的背景图像，得到第二灰度差；
[0070]第五步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第四步得到的第一灰度差做傅里叶变换，得到第一灰度差频谱，对第四步得到的第二灰度差做傅里叶变换，得到第二灰度差频谱；
[0071]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0072]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0073]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0074]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像，如图4所示，其向导部分的局部图如图5所示。
[0075]具体实施例二
[0076]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0077]对于前期准备，根据飞行器的空间位置坐标和姿态计算得到向导的参数信息，所述的参数信息包括向导在探测图像中的大小、形状和位置信息；
[0078]对于图像复原，包括以下步骤:
[0079]第一步、高速飞行器获取探测图像，如具体实施例一的图1所示，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0080]第二步、截取第一步得到探测图像的子图像，如具体实施例一的图2所示，所述子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0081]第三步、以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像，以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值和前期准备部分向导在探测图像中的大小、形状和位置信息为基础，构造出分辨率为B的先验图像，如具体实施例一的图3所示；
[0082]第四步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第二步得到的子图像做傅里叶变换，得到子图像频谱，对第三步得到的背景图像做傅里叶变换，得到背景图像频谱，对第三步得到的先验图像做傅里叶变换，得到先验图像频谱；
[0083]第五步、利用第四步得到的子图像频谱减去背景图像频谱，得到第一灰度差频谱，利用第四步得到的先验图像频谱减去背景图像频谱，得到第二灰度差频谱；
[0084]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0085]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0086]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0087]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像，如具体实施例一的图4所示，其向导部分的局部图如具体实施例一的图5所示。
[0088]具体实施例三
[0089]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0090]对于前期准备，在飞行器飞行姿态平稳后、且未达到音速前，获取先验图像，如图6所示，所述的先验图像的分辨率为A ；
[0091]对于图像复原，包括以下步骤:
[0092]第一步、高速飞行器获取探测图像，如具体实施例一的图1所示，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0093]第二步、截取前期准备部分得到的先验图像的第一子图像，如具体实施例一的图3所示，所述第一子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B，截取第一步得到探测图像的第二子图像，如具体实施例一的图2所示，所述第二子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0094]第三步、以第二步得到的第一子图像或第二子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像；
[0095]第四步、利用第二步得到的第二子图像减去第三步得到的背景图像，得到第一灰度差，利用第二步得到的第一子图像减去第三步得到的背景图像，得到第二灰度差；
[0096]第五步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第四步得到的第一灰度差做傅里叶变换，得到第一灰度差频谱，对第四步得到的第二灰度差做傅里叶变换，得到第二灰度差频谱；
[0097]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0098]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0099]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0100]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像，如具体实施例一的图4所示，其向导部分的局部图如具体实施例一的图5所示。
[0101]具体实施例四
[0102]基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，包括前期准备，图像复原两大步骤，
[0103]对于前期准备，在飞行器飞行姿态平稳后、且未达到音速前，获取先验图像，如具体实施例三的图6所示，所述的先验图像的分辨率为A ；
[0104]对于图像复原，包括以下步骤:
[0105]第一步、高速飞行器获取探测图像，如具体实施例一的图1所示，所述的探测图像的分辨率为A ；
[0106]第二步、截取前期准备部分得到的先验图像的第一子图像，如具体实施例一的图3所示，所述第一子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B，截取第一步得到探测图像的第二子图像，如具体实施例一的图2所示，所述第二子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ；
[0107]第三步、以第二步得到的第一子图像或第二子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像；
[0108]第四步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第二步得到的第一子图像做傅里叶变换，得到第一子图像频谱，对第二步得到的第二子图像做傅里叶变换，得到第二子图像频谱，对第三步得到的背景图像做傅里叶变换，得到背景图像频谱；
[0109]第五步、利用第四步得到的第二子图像频谱减去背景图像频谱，得到第一灰度差频谱，利用第四步得到的第一子图像频谱减去背景图像频谱，得到第二灰度差频谱；
[0110]第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数；
[0111]第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；
[0112]第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱；
[0113]第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像，如具体实施例一的图4所示，其向导部分的局部图如具体实施例一的图5所示。
【权利要求】
1.基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，其特在于，包括前期准备，图像复原两大步骤， 对于前期准备，根据飞行器的空间位置坐标和姿态计算得到向导的参数信息，所述的参数信息包括向导在探测图像中的大小、形状和位置信息； 对于图像复原，包括以下步骤: 第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ； 第二步、截取第一步得到探测图像的子图像，所述子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ； 第三步、以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像，以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值和前期准备部分向导在探测图像中的大小、形状和位置信息为基础，构造出分辨率为B的先验图像； 第四步、利用第二步得到的子图像减去第三步得到的背景图像，得到第一灰度差，利用第三步得到的先验图像减去第三步得到的背景图像，得到第二灰度差； 第五步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第四步得到的第一灰度差做傅里叶变换，得到第一灰度差频谱，对第四步得到的第二灰度差做傅里叶变换，得到第二灰度差频谱； 第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数； 第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数； 第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱； 第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
2.基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，其特征在于，包括前期准备，图像复原两大步骤， 对于前期准备，根据飞行器的空间位置坐标和姿态计算得到向导的参数信息，所述的参数信息包括向导在探测图像中的大小、形状和位置信息； 对于图像复原，包括以下步骤: 第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ； 第二步、截取第一步得到探测图像的子图像，所述子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ； 第三步、以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像，以第二步得到的子图像中向导邻域部分的灰度值和前期准备部分向导在探测图像中的大小、形状和位置信息为基础，构造出分辨率为B的先验图像； 第四步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第二步得到的子图像做傅里叶变换，得到子图像频谱，对第三步得到的背景图像做傅里叶变换，得到背景图像频谱，对第三步得到的先验图像做傅里叶变换，得到先验图像频谱； 第五步、利用第四步得到的子图像频谱减去背景图像频谱，得到第一灰度差频谱，利用第四步得到的先验图像频谱减去背景图像频谱，得到第二灰度差频谱； 第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数； 第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数；第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱； 第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
3.基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，其特征在于，包括前期准备，图像复原两大步骤， 对于前期准备，在飞行器飞行姿态平稳后、且未达到音速前，获取先验图像，所述的先验图像的分辨率为A ; 对于图像复原，包括以下步骤: 第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ； 第二步、截取前期准备部分得到的先验图像的第一子图像，所述第一子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B，截取第一步得到探测图像的第二子图像，所述第二子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ； 第三步、以第二步得到的第一子图像或第二子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图 像； 第四步、利用第二步得到的第二子图像减去第三步得到的背景图像，得到第一灰度差，利用第二步得到的第一子图像减去第三步得到的背景图像，得到第二灰度差； 第五步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第四步得到的第一灰度差做傅里叶变换，得到第一灰度差频谱，对第四步得到的第二灰度差做傅里叶变换，得到第二灰度差频谱； 第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数； 第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数； 第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱； 第九步、对第八步得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
4.基于向导的气动光学退化图像快速复原方法，其特征在于，包括前期准备，图像复原两大步骤， 对于前期准备，在飞行器飞行姿态平稳后、且未达到音速前，获取先验图像，所述的先验图像的分辨率为A ; 对于图像复原，包括以下步骤: 第一步、高速飞行器获取探测图像，所述的探测图像的分辨率为A ； 第二步、截取前期准备部分得到的先验图像的第一子图像，所述第一子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B，截取第一步得到探测图像的第二子图像，所述第二子图像包括向导及向导的邻域部分，分辨率为B ; 第三步、以第二步得到的第一子图像或第二子图像中向导邻域部分的灰度值为基础，构造出分辨率为B的背景图像； 第四步、对第一步得到的探测图像做傅里叶变换，得到探测图像频谱，对第二步得到的第一子图像做傅里叶变换，得到第一子图像频谱，对第二步得到的第二子图像做傅里叶变换，得到第二子图像频谱，对第三步得到的背景图像做傅里叶变换，得到背景图像频谱；第五步、利用第四步得到的第二子图像频谱减去背景图像频谱，得到第一灰度差频谱，利用第四步得到的第一子图像频谱减去背景图像频谱，得到第二灰度差频谱； 第六步、利用第五步得到的第一灰度差频谱除以第二灰度差频谱，得到退化函数； 第七步、将第六步得到的退化函数的分辨率从B扩展到A，得到新退化函数； 第八步、利用第五步得到的探测图像频谱除以第七步得到的新退化函数，得到复原图像频谱； 第九步、对第八步 得到的复原图像频谱做傅里叶逆变换，得到复原图像。
【文档编号】G06F17/14GK104021530SQ201410273240
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】赵烟桥, 宁凯 申请人:哈尔滨幻石科技发展有限公司