運(yùn)動(dòng)模糊圖像成像與超分辨率重構(gòu)研究.pdf

1、圖像可以看成是一種二維分布，成像系統(tǒng)則可認(rèn)為是一個(gè)線性系統(tǒng)。了解圖像和成像系統(tǒng)的基本特征，有助于更深入地研究重構(gòu)算法。首先從理論上對(duì)圖像和成像系統(tǒng)進(jìn)行闡述，簡要介紹了電荷耦合器件(CCD)成像原理，并特別通過微型飛行器運(yùn)動(dòng)成像分析了CCD在成像中的作用，同時(shí)給出了像質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 運(yùn)動(dòng)中獲取的圖像，其降質(zhì)常常是空間變化的。要想對(duì)模糊圖像進(jìn)行較高質(zhì)量的超分辨率重構(gòu)，必須進(jìn)行成像建模。通過對(duì)成像模型的介紹，揭示了運(yùn)動(dòng)模糊的本質(zhì)，給出了

2、超分辨率重構(gòu)的設(shè)計(jì)框圖、流程，并指出了其中的關(guān)鍵技術(shù)。 圖像超分辨率重構(gòu)，很重要的一步就是圖像配準(zhǔn)。圖像配準(zhǔn)不僅決定重構(gòu)的效果，而且決定重構(gòu)算法能否做到實(shí)時(shí)，是超分辨率重構(gòu)的關(guān)鍵步驟。通過對(duì)成像過程和分層搜索原理的研究，發(fā)現(xiàn)粗分辨率上所獲得的模板匹配位置可以傳遞到精細(xì)分辨率上，并指導(dǎo)精細(xì)分辨率模板上的搜索。只要在粗分辨率層上進(jìn)行足夠多的迭代次數(shù)，就能保證配準(zhǔn)的精確性，這樣在精細(xì)分辨率上的配準(zhǔn)只需較少的迭代次數(shù)。由于僅丟棄冗余的迭

3、代步驟，并沒有影響精確性。因此，分別提出了基于仿射變換的六參數(shù)和四參數(shù)兩種配準(zhǔn)算法，并通過對(duì)包括不同旋轉(zhuǎn)角度和模糊程度的多幅圖像進(jìn)行試驗(yàn)，兩種算法均能較快收斂。在保證配準(zhǔn)精度的同時(shí)，六參數(shù)算法的配準(zhǔn)速度較傳統(tǒng)方法提高了一倍，而四參數(shù)算法的配準(zhǔn)速度在旋轉(zhuǎn)角度小于五度時(shí)則提高了三倍，而在旋轉(zhuǎn)角度逐漸增大時(shí)，配準(zhǔn)速度與六參數(shù)基本持平。這兩種方法體現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、魯棒性的特點(diǎn)。 圖像的超分辨率重構(gòu)將成為今后圖像復(fù)原的主流方向，而凸集投影

4、(POCS)方法可作為一種迭代框架。從理論上詳細(xì)論述了運(yùn)動(dòng)模糊圖像的POCS超分辨率重構(gòu)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和算法原理，包括對(duì)成像模型的總結(jié)、參考幀插值和POCS核心算法的描述。分析了POCS算法產(chǎn)生振鈴效應(yīng)的原因，發(fā)現(xiàn)振鈴效應(yīng)集中在圖像邊緣。通過對(duì)灰度圖像進(jìn)行平滑濾波，減弱邊緣方向的快速變化，從而更好地適應(yīng)固定凸集的約束。所得結(jié)果較傳統(tǒng)POCS方法有較大改善。此外，當(dāng)模糊量很大時(shí)，POCS算法重構(gòu)的圖像將會(huì)產(chǎn)生一定寬度的盲區(qū)。因此，分析了當(dāng)運(yùn)動(dòng)

5、模糊量超過原始圖像尺寸一半，并且點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)(PSF)不是方形矩陣時(shí)，POCS算法在二維圖像橫、縱坐標(biāo)方向上的迭代收斂速度不一致的缺陷，揭示了POCS算法重構(gòu)極限的本質(zhì)。通過對(duì)低分辨率參考幀進(jìn)行擴(kuò)展，提出了大模糊量的POCS重構(gòu)算法，更好地利用了冗余信息。這種方法較好的避免了盲區(qū)的產(chǎn)生。全面而系統(tǒng)地證明了POCS算法的廣泛適應(yīng)性、穩(wěn)健性和魯棒性。 圖像模型對(duì)圖像復(fù)原具有重要的意義，通過對(duì)圖像模型本質(zhì)的研究，可以更加有效的進(jìn)行圖像復(fù)