专利名称：基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法与装置的制作方法
技术领域：
基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法与装置属于一般的图像数据处理或产生领域中运动分析部分，尤其涉及ー种基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法与装置。
背景技术：
动像传递函数是定量描述目标像在图像传感器表面运动造成的图像像质退化程度的物理量，从一幅运动模糊图像中提取目标像的运动信息，得到动像传递函数，可以为运动模糊图像的复原提供理论基础。该项技术可直接应用在航空航天和快速运动装置图像信息获取领域，对飞行器等超高速运动的目标成像，得到运动模糊图像，进而对该图像利用动像传递函数进行评价，从而实现对图像的复原。但在该领域，每获取一幅运动模糊图像，不仅要耗费大量的人力物 力；而且受气候、环境等干扰因素的影响，进行重复性实验非常困难。所以，为了节约成本，获取更多的实验数据，提高实验的重复性，将采用为半实物半仿真的实验方法来获取运动模糊图像。实验的方法是，沿光轴方向依次放置目标、成像物镜和图像传感器，图像传感器模拟真实场景的成像器件，目标用来模拟真实场景的高温高速物体。将目标放置在可以沿垂直光轴方向移动的导轨上，形成动态目标。在图像传感器对目标成像的过程中，目标在垂直光轴方向保持运动状态，就可以获得运动模糊图像。这里就存在这样ー个问题，真实的目标具有运动速度快，温度高的特点，而在实验室环境下，不仅很难设计出高温高速的目标，而且，也不方便采用高温高速目标，以免对实验室的安全和实验人员的安全造成威胁。那么，如何在实验室条件下仿真真实场景的高温高速目标，并获得同等效果的运动模糊图像就成为首要问题。现有技术中，众多运动模糊图像的构造方法均采用了软件退化的方式，并且遵循这样的基本公式g(x, y) = f(x, y)*h(x, y)+n(x, y),其中，g(x, y)是退化图像的函数表达式，f(x，y)是静止图像的函数表达式，h(x，y)是退化函数，n(x，y)为随机噪声。这种方法的特征是根据目标图像的运动形式，在像方利用软件计算的方式得到退化图像。这种方法的缺点是I)不能解决如何通过硬件设备真实获得退化图像的问题；2)无法解释软件退化图像与真实目标运动形式的关系问题；3)对图像整体进行退化，无法模拟运动目标在静止背景中的运动。这三个缺点最終导致现有技术方法无法解决如何在实验室条件下仿真真实场景的高温高速目标，并获得同等效果的运动模糊图像问题。
发明内容
本发明就是针对现有技术中，无法解决如何在实验室条件下仿真真实场景中，高温高速目标，并获得同等效果的运动模糊图像问题，提出了一种基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法与装置；该方法与装置能够用常温可见光目标等效代替高温目标，用低速运动配合两次成像等效代替高速运动，不仅使实验难度得到降低，实验安全性得到提高，而且容易获得多组实验数据，实验成本大幅降低。本发明的目的是这样实现的基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法，步骤如下a、在真实场景中，根据目标的运动速度V1，图像传感器的曝光时间h，以及光学系统的横向放大率P1，得到目标像在图像传感器表面的运动距离d = V1 h ;b、在模拟场景中，根据代用光学系统2的横向放大率P2，利用第a步得到的目标像在图像传感器表面的运动距离d，得到代用目标在图像传感器曝光时间内的运动距离d2=d/ ^ 2 ；C、在模拟场景中，保持代用目标静止状态，对代用目标成像，得到第一帧静态代用目标图像f\(x，y)，第一帧静态代用目标图像中背景函数一表示为fn(x，y);代用目标函数一表不为 f12 (X，y)；d、在模拟场景中，将代用目标沿垂直光轴方向移动，移动的距离为第b步得到的代用目标在图像传感器曝光时间内的运动距离d2 ；e、在模拟场景中，保持代用目标静止状态，对代用目标成像，得到第二帧静态代用目标图像f2(x，y)，第二帧静态代用目标图像中背景函数ニ表示为f21(x，y);代用目标函数_.表不为 f22 (x y)；f、根据第c步得到的代用目标函数一 f12(X，y)和第e步得到的代用目标函数ニf22(x, y)，得到从第一帧静态代用目标图像fjx，y)到第二帧静态代用目标图像f2(x，y)，
代用目标像的移动距离为ダ=扣/+も2 ゴ;其中4为代用目标像沿图像传感器X轴方
向的移动距离；dy为代用目标像沿图像传感器y轴方向的移动距离；根据匀速直线运动动像传递函数得到代用目标退化函数ー为
权利要求
1.基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法，其特征在于所述方法步骤如下 a、在真实场景中，根据目标的运动速度V1,图像传感器的曝光时间以及光学系统的横向放大率P1，得到目标像在图像传感器表面的运动距离d = V1 & ; b、在模拟场景中，根据代用光学系统的横向放大率P2，利用第a步得到的目标像在图像传感器表面的运动距离d，得到代用目标在图像传感器曝光时间内的运动距离d2 = d/旦2 ； C、在模拟场景中，保持代用目标静止状态，对代用目标成像，得到第一帧静态代用目标图像fjx，y)，第一帧静态代用目标图像中背景函数一表示为fn(x，y);代用目标函数一表不为 fi2 (x，y)； d、在模拟场景中，将代用目标沿垂直光轴方向移动，移动的距离为第b步得到的代用目标在图像传感器曝光时间内的运动距离d2 ； e、在模拟场景中，保持代用目标静止状态，对代用目标成像，得到第二帧静态代用目标图像f2(x，y)，第二帧静态代用目标图像中背景函数二表示为f21(x，y);代用目标函数二表不为 f^2(x，y); f、根据第C步得到的代用目标函数一f12(X，y)和第e步得到的代用目标函数二 f22(X，y)，得到从第一帧静态代用目标图像fjx，y)到第二帧静态代用目标图像f2(x，y)，代用目标像的移动距离为d'=^dx2+dy2 其中:dx为代用目标像沿图像传感器X轴方向的移动距离；dy为代用目标像沿图像传感器y轴方向的移动距离；根据匀速直线运动动像传递函数得到代用目标退化函数一为
2.根据权利要求I所述的基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法，其特征在于第f步、第g步和第h步替换为 f’、根据第c步得到的代用目标函数一 f12 (x，y)和第e步得到的代用目标函数二 f22 (x，y)，得到从第一帧静态代用目标图像fjx，y)到第二帧静态代用目标图像f2(x，y)，代用目标像的移动距离为d'^Jd2+d2 其中:dx为代用目标像沿图像传感器X轴方向的移 动距离；dy为代用目标像沿图像传感器y轴方向的移动距离；根据匀速直线运动动像传递函数得到代用目标退化函数二为
3.基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法，其特征在于所述方法步骤如下 a、在真实场景中，根据点目标的运动速度V1,图像传感器的曝光时间以及光学系统的横向放大率0 :，得到点目标像在图像传感器表面的运动距离d = V1 h 3 ; b、在模拟场景中，根据代用光学系统的横向放大率P2，利用第a步得到的点目标像在图像传感器表面的运动距离d，得到代用点目标在图像传感器曝光时间内的运动距离d2 =d/ ； C、在模拟场景中，保持代用点目标静止状态，对代用点目标成像，得到第一帧静态代用点目标图像fjx, y),代用点目标在第一巾贞静态代用点目标图像fjx, y)中的坐标为(X1,Yi); d、在模拟场景中，将代用点目标沿垂直光轴方向移动，移动的距离为第b步得到的代用点目标在图像传感器曝光时间内的运动距离d2 ； e、在模拟场景中，保持代用点目标静止状态，对代用点目标成像，得到第二帧静态代用点目标图像f2(x, y)，代用点目标在第二巾贞静态代用点目标图像f2(x, y)中的坐标为(x2,J2)； f、根据第c步得到的代用点目标在第一帧静态代用点目标图像4(1，y)中的坐标为(Xij7i)和第e步得到的代用点目标在第二帧静态代用点目标图像&0^，7)中的坐标为(x2，y2)，得到从第一帧静态代用点目标图像fi (X，y)到第二帧静态代用点目标图像f2(X，y)，代用点目标像的移动距离为其中:dx = X2-X1，为代用点目标像沿图像传感器X轴方向的移动距离；dy = y2-yi，为代用点目标像沿图像传感器y轴方向的移动距离；根据匀速直线运动动像传递函数得到代用点目标退化函数一为OTFl(ZxJy) = ~ jexp(-i27r(fxvx + fyvy)t)dt 0=sin c{n{fxdx + fydy)) exp(-z>(/X + fydy))g、根据第c步得到的代用点目标在第一帧静态代用点目标图像4(1，y)中的坐标为(X1, Y1)和第f 步得到的代用点目标退化函数一 OTFl (fx，fy)，构建代用点目标匀速模糊图像 f (x, y) = 6 (X1, Y1) ^(OTF1 (fx, fy)) = F-1 (F ( 8 (X1, Y1)) OTF1 (fx, fy)) h、将第c步得到的第一帧静态代用点目标图像(x,y)用第g步得到的代用点目标匀速模糊图像f (x，y)替换，得到带背景的代用点目标匀速模糊图像f*U’ y)； 或 将第e步得到的第二帧静态代用点目标图像f2(x，y)用第g步得到的代用点目标匀速模糊图像f (x，y)替换，得到带背景的代用点目标匀速模糊图像y)。
4.根据权利要求3所述的基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法，其特征在于第f步、第g步和第h步替换为 f’、根据第c步得到的代用点目标在第一帧静态代用点目标图像4(1，y)中的坐标为(Xij7i)和第e步得到的代用点目标在第二帧静态代用点目标图像&0^，7)中的坐标为(x2，y2)，得到从第一帧静态代用点目标图像(x，y)到第二帧静态代用点目标图像f2(x，y)，代用点目标像的移动距离为d'=^dx2+dy2 其中:dx = X2-X1，为代用点目标像沿图像传感器X轴方向的移动距离；dy = y2-yi，为代用点目标像沿图像传感器y轴方向的移动距离；根据匀速直线运动动像传递函数得到点目标退化函数二为
5.基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造装置，包括代用目标(I)、代用光学系统(2)以及图像传感器(3)，所述的代用目标(I)经过代用光学系统(2)成像到图像传感器(3)表面，其特征在于该装置的代用目标(I)包括静止背景和运动目标两部分，其中，静止背景覆盖代用光学系统(2)全部视场，运动目标能够在代用光学系统(2)视场范围内垂直装置光轴方向做二维运动。
6.根据权利要求5所述的基于长曝光成像的动目标模糊图像等效仿真装置，其特征在于所述的图像传感器(3)能够在代用光学系统(2)视场范围内垂直装置光轴方向做二维运动。
全文摘要
基于两帧静态图像拼合的匀速模糊图像构造方法与装置属于一般的图像数据处理或产生领域中图像运动分析部分；该方法根据真实场景中目标、光学系统及图像传感器的参数，推导出真实情况下目标的模糊距离，并反推回像方，得到代用目标所处两个空间位置距离，通过对这两个空间位置的代用目标两次成像，并根据图像信息构造出匀速模糊图像；该装置中代用目标包括静止背景和运动目标两部分，并且运动目标能够在代用光学系统视场范围内垂直装置光轴方向做二维运动；该方法和装置能够用常温可见光目标等效代替高温目标，用低速运动配合两次成像等效代替高速运动，不仅使实验难度得到降低，实验安全性得到提高，而且容易获得多组实验数据，实验成本大幅降低。
文档编号G06T7/20GK102651134SQ201210084568
公开日2012年8月29日 申请日期2012年3月17日 优先权日2012年3月17日
发明者刘俭, 谭久彬, 赵烟桥 申请人:哈尔滨工业大学