一种利用边缘分析的图像mtf估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理与图像评价技术，尤其涉及一种利用边缘分析的图像MTF估 计方法。
【背景技术】
[0002] MTF，全称ModulationTransferFunction，常称为调制传递函数，它本身是属于 物理光学理论范畴的一个概念，同时也是衡量光学系统的质量的一个重要指标。MTF以空间 频率的函数形式存在，较之仅凭借某一个数字量（分辨率、清晰度等）来对成像系统进行质 量评价更具有可分析性、权威性。经过多年实践，用图像MTF来评价光学系统的成像质量已 经获得普遍承认并得到广泛应用。
[0003]目前，国内外常用的MTF计算方法主要包括：冲击输入法、正弦输入法、相片判读 法、脉冲法以及刃边法。其中，后两种方法适合后处理计算，比如在轨卫星图像MTF的计算。 实际上，在很多应用情况下，系统的MTF并不只是由单纯的光学系统决定，后端的电路系统 等都对MTF有影响，而图像是最终输出，从图像计算MTF的方法能够衡量整个成像系统的成 像质量。平常使用的脉冲法以及刃边法，需要从图像中寻找合适的位置一一即脉冲存在的 位置与刃边存在的位置，有时候图像中可能不存在这样的位置与信息，而且有时候需要人 工干预找出这些位置，这都将导致无法自动产生准确的MTF。
[0004] 因此，对于从图像获取MTF，需要开发一种自动化的方法，即输入图像就可以输出 MTF〇
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种利用边缘分析的图像MTF估计方法，从单幅图角度，充分利用边 缘信息，构建盲估计点扩散函数PSF(PointSpreadFunction)，进而换算到频域，实现单幅 图像MTF的估计。
[0006] 本发明的主要思路是：
[0007] (1)盲估计点扩散函数
[0008] 对于图像，其常用的退化模型表示为：
[0010] 上式中观测退化图像I，f?是原始场景即清晰景物，h即为点扩散函数PSF，N为噪 声，? 是卷积符号；PSF即为PointSpreadFunction;
[0011] 在输入观测退化图像I的情况下，进行点扩散函数PSF的估计即h的估计，忽略N 的影响；
[0012] (1-a):首先，利用双边滤波器进行图像滤波，观测退化图像I经双边滤波器后，得 到去除噪声和波纹的图像g;
[0013] 在这里，双边滤波器是一个从局部操作的过程，其主要方程如下：
[0015] 上式中，Q是局部区域，也可称作支持域；（i，j)是像素坐标，且它是局部区域D 的中心，P代表局部区域D中的任意像素；在这个公式中，Ip表示P处的像素强度值，并且Gs[Ds(p)，0J与6#?，0v]是两个高斯函数；归一化的因子M(i，j)定义为：
[0017] 高斯函数&〇)?，〇J是为空间约束设计的，Ds(p)是尺寸，〇s是标准差或偏 差；Ds(p)代表（i，j)与p之间的空间距离，用像素表示；而6#?，〇v]为像素强度约束， Dv(p)是尺寸，而〇v是标准差或偏差；D v(p)是像素（i，j)与p之间的强度距离：
[0018] Dv(p)= 11 (i,j)-Ip
[0019] (1-b):对步骤（1-a)中的结果，进而利用加权均方最小二乘滤波WLS方法滤波，得 到具有强烈边缘的图像g^WLS即为WeightedLeastSquare;
[0020] WLS滤波器对g进行滤波，滤波后图像gl:
[0021] gi= U+入H)-1g
[0022] 这里// =A. +K，^与Dy代表差分算子，k表示单位矩阵；平滑加权 因子~和wy定义为：
[0025] 其中（g\定义为g的log操作，参数a可以控制梯度的变化能力，而e是一个正 常数，为了避免计算中的病态；
[0026] (1-c):从步骤（1-b)中，获取具有强烈边缘的图像gl，结合观测退化图像I及gl， 用PSF估计算法得到相对精确的PSF;
[0027]PSF求取式子如下：
[0029] 在上式中，0为Tikhonov正则化能量约束的系数；
[0030] 于是，可以将PSF求取式子写成矩阵的形式：
[0031]h=argmhin(| |Ah_b| 12+0 | |h| |2)
[0032] 其中A是上式中81的Toeplitz矩阵形式，b为I的列堆砌的向量形式，求解上式 可以得到：
[0033] (AtA+ 0k)h=ATb
[0034] 用共轭梯度法求上式中的h;初始的PSF可用尺寸为SXS，标准差为0. 0001的高 斯核；
[0035] 于是，获得了PSF的估计，即求解获得了h;
[0036] (2)从PSF计算获取MTF;
[0037] 从步骤⑴中获取了PSFh，对h进行傅里叶变换：
[0038]H=FFT(h)
[0039]h对应到频域为H，而FFT为傅里叶变换；
[0040] 假设坐标（x，y)为H的中心，截取主对角线；从左上角到（x，y)刚好是主对角线的 一半，其分布即为MTF的分布；
[0041] 画出MTF曲线图，纵坐标为值即左上角到（x，y)的一系列数值，而横坐标为数值个 数，可归一化。
[0042] 本发明方法针对单幅模糊退化图，首先利用双边滤波去除噪声与波纹等效应，进 而采用WLS滤波提取边缘从而充分利用边缘信息，再次使用数学方法构建盲估计PSF的算 法，进而换算到频域，实现单幅图像MTF的估计。在本发明方法中，只要一幅输入模糊图像， 即可获取较好的MTF估计结果。本发明方法可应用于遥感成像质量、普通相机成像质量的 评价，以实现对整个成像系统质量的评估。
【附图说明】
[0043] 图1为本发明方法的操作流程框图；
[0044]图2为具体实施例图的原始观测模糊图像；
[0045] 图3为具体实施例图的MTF曲线，即图2经本方面方法处理后获取的结果。
【具体实施方式】
[0046] 面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0047] 利用本发明方法处理图像，如图1所示，输入观测模糊图像，即可得到MTF估计的 结果。以图2(观测图像）为例（以下称为I)，其主要操作步骤如下：
[0048] (1)盲估计点扩散函数
[0049] 对于图像，其常用的退化模型表示为：
[0050] 1 =f?h+N
[0051] 上式中观测退化图像I，f?是原始场景即清晰景物，h即为点扩散函数PSF，N为噪 声，? 是卷积符号；PSF即为PointSpreadFunction;
[0052] 在输入观测退化图像I的情况下，进行点扩散函数PSF的估计即h的估计，忽略N 的影响；
[0053] (1-a):首先，利用双边滤波器进行图像滤波，观测退化图像I经双边滤波器后，得 到去除噪声和波纹的图像g;
[0054] 在这里，双边滤波器是一个从局部操作的过程，其主要方程如下：
[005