基于多通道盲去卷积算法的单透镜图像复原技术研究
发布时间：2022-01-25 20:32
目前,光学成像系统为了满足人们对图像质量的要求,其结构设计、系统研发和后期处理变得越来越先进。传统复杂光学系统为消除透镜成像的图像模糊,结构设计越来越复杂,这提高了生产和使用成本。计算摄影技术是近年来被大量研究的一种计算机成像技术,该技术运用计算机,结合数字传感器进行数字化处理,以代替沉重昂贵的组合镜头。本文的研究所基于单透镜成像系统的镜头由1到3个镜片组成。为了消除单透镜成像系统拍摄过程中所造成的图像模糊,论文提出一种图像复原算法,主要研究内容如下:（1）研究分析单透镜系统成像导致图像模糊的退化过程和原理;分析单透镜成像系统特殊的光学特性造成的模糊核的结构特点,将单透镜图像复原问题转化为一个多通道盲去卷积问题,在此框架下对单透镜图像复原问题建模。（2）针对由单透镜成像系统所得到的模糊图像,论文提出基于多通道约束的单透镜图像复原算法,该算法利用新的模糊核与图像先验信息,以增加所估计的模糊核,即点扩散函数的精确度,进而提高最终图像复原质量。（3）采用稳健交替方向乘子法优化算法对图像复原凸优化问题进行迭代求解,该算法基于交替方向乘子法优化算法框架,对参数具有一定稳健性,增加了算法的适用性和...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多通道图像退化过程
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第19页为了解决图像复原问题，具有各种先验信息的基于正则化的算法已被广泛应用。为了解决这种去卷积问题，需要具有确保收敛特性的凸优化算法。近年来，Schuler[4]设计了单镜头相机并通过实现某些算法获得了清晰的图像，其估计的空间变化模糊核如图3.2（a）所示。Li和Liu[65]提出了一组新的算法，其中图像和稀疏核先验被组合以估计盲去卷积中的空间变化PSF，然后应用基于超拉普拉斯先验[66]的非盲去卷积方法。获得清晰的图像。（a）（b）(c)图3.2单透镜镜头与图像的光学特性在许多先前的研究中已经证明，如Heide等人[5]估计的单透镜图像空间变化模糊核在图3.2（b）中表示，模糊以空间的方式高度变化，如盘状结构（球面像差）。Levin等人[46]通过将图像细分为具有假定的常量PSF的图块来解决该问题。因此，在细分的区块中，存在一个相同或近似的PSF，因为不同区块中的不同内核可以以某种几何方式彼此传递。本文主要关注单透镜像差模糊核的两个结构特性：第一，单透镜成像系统的镜头特性导致其拍摄图像的PSF存在空间变化的特点，可大致表述为，中心区域的PSF接近圆形，而越往四周到图像边缘区域延伸，PSF愈加呈现出线型的形状。要估计这样的空间变化PSF，对整幅图像直接进行去
区域所对应的PSF也是空间对称的。归根结底，该特点与单透镜镜头的光学特性有关。因此，为提高PSF估计的速度和精度，我们将各个对称位置的子图像块组合成为多通道问题，利用本文提出的基于多通道盲去卷积的单透镜图像复原算法分别进行求解。如图3.2（b）所示，对称的两个区块可视作一种多通道图像复原问题，与本章3.1所描述的传统多通道图像复原问题不同，3.1小节中考虑的是同一场景，即统一原始清晰图像经过不同的模糊核的退化；而本文所要解决的问题，单通道图像复原问题考虑的情况是不同的区块图像经过相同模糊核的退化，图3.3与3.1小节中的图3.1相比，更加明了地展示了这种衍生形式的多通道图像退化过程。图3.3第二种形式的多通道图像退化过程为了利用单透镜的这种几何特性和该问题与多通道图像复原问题的相似，在本研究中，我们提出了一种基于多通道去卷积算法的单透镜图像复原算法，将多幅区块图像联合去模糊处理，该算法与单通道方法相比，可以更好地提高效率，得到更清晰的结果图像。以下是正则化方法（或具有贝叶斯推断的最大后验概率方法（MAP））的框架下构建的问题公式化，即单透镜图像复原问题的建模。在本研究中，我们用离散域中的向量矩阵表示法来制定问题。模糊过程被建模为原始图像g与PSF加上加性高斯噪声的卷积。假设我们有K个输入模糊图像，这些图像与K个未知的原始图像和相同的模糊内核相关，那么该公式的建模如下：1（3.2）其中，是用简单的单镜头相机直接拍摄的第k次退化观察，即模糊图像;h是
【参考文献】：
期刊论文
[1]图像恢复中的稳健交替方向乘子法[J]. 吴越,曾向荣,周典乐,刘衍,周家庆,周经纶. 国防科技大学学报. 2018(02)
[2]基于简单透镜计算成像的图像复原重建[J]. 王新华,郝建坤,黄玮,欧阳继红. 吉林大学学报(工学版). 2017(03)
[3]浅谈数字图像处理的应用与发展趋势[J]. 贺东霞,李竹林,王静. 延安大学学报(自然科学版). 2013(04)
博士论文
[1]自适应正则化图像复原方法研究[D]. 吴显金.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于计算光学的简单透镜成像技术[D]. 郝建坤.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
本文编号：3609164
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多通道图像退化过程
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文第19页为了解决图像复原问题，具有各种先验信息的基于正则化的算法已被广泛应用。为了解决这种去卷积问题，需要具有确保收敛特性的凸优化算法。近年来，Schuler[4]设计了单镜头相机并通过实现某些算法获得了清晰的图像，其估计的空间变化模糊核如图3.2（a）所示。Li和Liu[65]提出了一组新的算法，其中图像和稀疏核先验被组合以估计盲去卷积中的空间变化PSF，然后应用基于超拉普拉斯先验[66]的非盲去卷积方法。获得清晰的图像。（a）（b）(c)图3.2单透镜镜头与图像的光学特性在许多先前的研究中已经证明，如Heide等人[5]估计的单透镜图像空间变化模糊核在图3.2（b）中表示，模糊以空间的方式高度变化，如盘状结构（球面像差）。Levin等人[46]通过将图像细分为具有假定的常量PSF的图块来解决该问题。因此，在细分的区块中，存在一个相同或近似的PSF，因为不同区块中的不同内核可以以某种几何方式彼此传递。本文主要关注单透镜像差模糊核的两个结构特性：第一，单透镜成像系统的镜头特性导致其拍摄图像的PSF存在空间变化的特点，可大致表述为，中心区域的PSF接近圆形，而越往四周到图像边缘区域延伸，PSF愈加呈现出线型的形状。要估计这样的空间变化PSF，对整幅图像直接进行去
区域所对应的PSF也是空间对称的。归根结底，该特点与单透镜镜头的光学特性有关。因此，为提高PSF估计的速度和精度，我们将各个对称位置的子图像块组合成为多通道问题，利用本文提出的基于多通道盲去卷积的单透镜图像复原算法分别进行求解。如图3.2（b）所示，对称的两个区块可视作一种多通道图像复原问题，与本章3.1所描述的传统多通道图像复原问题不同，3.1小节中考虑的是同一场景，即统一原始清晰图像经过不同的模糊核的退化；而本文所要解决的问题，单通道图像复原问题考虑的情况是不同的区块图像经过相同模糊核的退化，图3.3与3.1小节中的图3.1相比，更加明了地展示了这种衍生形式的多通道图像退化过程。图3.3第二种形式的多通道图像退化过程为了利用单透镜的这种几何特性和该问题与多通道图像复原问题的相似，在本研究中，我们提出了一种基于多通道去卷积算法的单透镜图像复原算法，将多幅区块图像联合去模糊处理，该算法与单通道方法相比，可以更好地提高效率，得到更清晰的结果图像。以下是正则化方法（或具有贝叶斯推断的最大后验概率方法（MAP））的框架下构建的问题公式化，即单透镜图像复原问题的建模。在本研究中，我们用离散域中的向量矩阵表示法来制定问题。模糊过程被建模为原始图像g与PSF加上加性高斯噪声的卷积。假设我们有K个输入模糊图像，这些图像与K个未知的原始图像和相同的模糊内核相关，那么该公式的建模如下：1（3.2）其中，是用简单的单镜头相机直接拍摄的第k次退化观察，即模糊图像;h是
【参考文献】：
期刊论文
[1]图像恢复中的稳健交替方向乘子法[J]. 吴越,曾向荣,周典乐,刘衍,周家庆,周经纶. 国防科技大学学报. 2018(02)
[2]基于简单透镜计算成像的图像复原重建[J]. 王新华,郝建坤,黄玮,欧阳继红. 吉林大学学报(工学版). 2017(03)
[3]浅谈数字图像处理的应用与发展趋势[J]. 贺东霞,李竹林,王静. 延安大学学报(自然科学版). 2013(04)
博士论文
[1]自适应正则化图像复原方法研究[D]. 吴显金.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于计算光学的简单透镜成像技术[D]. 郝建坤.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
本文编号：3609164
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