航空斜视成像异速像移的实时恢复

提出了一种异速像移补偿算法,解决了航空相机斜视工作时成像靶面的异速像移补偿问题.当载机侧身飞行时,航空相机会处于斜视状态,成像靶面上会同时出现多个不同大小的像移量,生成复杂的运动模糊图像.提出的方法通过对异速像移产生机理的分析,根据像移量的不同将图像分成多个区;然后将各区图像继续细分到像素线来提高算法的运算效率;最后,用一维维纳滤波并行处理各像素线,将处理结果合并成结果图像.实验表明:运用本文算法的并行方案在GPU平台下17.11 ms内能恢复一帧2 048 bitX2048 8 bit斜视模糊图像,恢复结果的峰值信噪比(PSNR)达到30.469,图像细节得到有效恢复.     

旋转运动模糊的实时恢复

提出了一种旋转运动模糊恢复算法,用来解决航空成像时旋转运动模糊的实时恢复问题.对旋转运动模糊这种具有异速像移的空间变化模糊进行了分析,并推导出旋转运动模糊的数学模型.用基于Bresenham画圆法的坐标转换方法将旋转圆弧上的空间变化模糊转变为常见的线性空间不变模糊,并使用一维维纳滤波对圆弧轨迹上的像素点进行模糊恢复.实验结果显示:本文算法在GPU处理平台下用3.31 ms即能恢复一帧1 024×1 024,8 bit旋转运动模糊图像,且极好地恢复了图像上的细节信息,恢复图像的峰值信噪比(PSNR)为28.76.算法的速度及效果表明本文所提出的算法具有较大的实用价值.     

航空光电成像电子稳像技术

介绍了一种电子稳像技术,解决了航空平台光电成像系统视频图像帧内运动模糊和帧间不稳定问题。通过建立运动模糊的数学模型,构建二维运动模糊点扩散函数,采用维纳滤波方法,消除图像帧内运动模糊;通过灰度投影算法,检测序列图像当前帧和参考帧之间的运动矢量,采用图像补偿方法,实现序列图像稳定输出。实验结果表明,本文方法能提高信噪比,实现1 pixel的稳定精度,有效改善图像质量,输出清晰稳定的视频图像, 具有精确、快速、实用的特点。     

旋转运动模糊的实时恢复算法

提出一种旋转运动模糊恢复算法,解决航空成像时旋转运动模糊的实时恢复问题。对旋转运动模糊这种具有异速像移的空间变化模糊进行分析,推导出旋转运动模糊的数学模型。用基于Bresenham画圆法的坐标转换方法将旋转圆弧上的空间变化模糊转变为常见的线性空间不变模糊,并使用一维维纳滤波对原圆弧轨迹上的像素点进行模糊恢复。实验结果显示：本文算法在GPU处理平台下用3.31ms即能完成一帧1024x1024 8bit旋转运动模糊图像的恢复,实现图像的实时恢复处理;同时图像上的细节信息均能得到很好的恢复,恢复图像的PSNR为28.76。算法的效率及效果表明本文算法具有一定的实用价值。     

一种航空斜视成像异速像移实时恢复算法

本文提出一种异速像移补偿算法,解决航空相机斜视工作时成像靶面的异速像移补偿问题。复杂多变的载机飞行姿态影响航空相机的工作状态,并导致各种像移模糊。当载机侧飞时,航空相机会处于斜视状态,焦平面上会同时出现多个异速像移。通过对异速像移产生机理的分析,我们根据不同像移量将图像分成多个区。为避免二维傅氏变化生成的振铃效应,将上述各区继续细分到像素线,用一维维纳滤波并行恢复各像素线,将结果合并成恢复图像。实验表明：对斜视状态下的运动模糊图像,本文算法恢复结果的PSNR为30.469,图像细节能得到有效恢复;本文的算法并行方案在GPU并行平台下取得一帧2048x2048灰度模糊图像17ms恢复的成绩,解决了图像恢复的实时性问题。     

双CMOS成像系统中运动模糊图像的复原

为获取高空间分辨率的清晰图像,设计了一种双CMOS成像系统.该系统的两片CMOS传感器可同时获取相同场景的图像.其中一片CMOS传感器获取高帧率、低空间分辨率的图像序列;另一片CMOS传感器获取低帧率、高空间分辨率的运动模糊图像.首先,通过光流法计算高帧率、低空间分辨率CMOS传感器获取图像序列的全局运动路径,在能量守恒和能量与积分时间成正比2个约束条件下估计运动模糊核初始值,通过贝叶斯准则交替迭代优化运动模糊核.最后,利用TV-L1方法从低帧率、高空间分辨率CMOS传感器获取的模糊图像中快速、有效地恢复出清晰图像.仿真和实验结果表明;有38％以上的仿真图像复原结果误差率小于2,且受噪声影响小,复原图像的振铃小.另外,能有效去除实拍图像的空间移不变运动模糊.     

基于维纳滤波的运动模糊消除算法及其在航空成像系统中的应用

分析了航空成像系统运动模糊产生的机理,通过建立运动模糊数学模型,进行了消除运动模糊仿真实验。研究表明,由于成像系统与地面目标景物的相对运动,在目标图像上产生运动模糊,图像复原技术可以消除图像模糊。在图像复原技术中,点扩散函数(PSF)是影响图像恢复结果的关键因素,文中给出了估计点扩散函数的一般方法。虽然维纳滤波可以解决在逆滤波中H(u,v)零点噪声放大问题,但是在图像边缘附近误差较大。采用带最优窗的维纳滤波方法可有效抑制噪声和减小边缘误差。对实验平台获取的运动模糊图像进行实验,结果表明在图像边缘像素灰度平滑条件下,可以收到近乎完美的恢复效果。     

航相机像移补偿计算的坐标变换方法

由于航空、航天照相要求的分辨力愈来愈高,对像移补偿系统的要求愈来愈高.要求对产生像移速度的诸因素考虑得更为全面,也就是影响像移速度的诸因素的测量精度和像移速度的计算模型要更精确.本文应用坐标变换方法进行了航相机的像移补偿计算.首先归纳了航空航天相机(简称航相机)中像移补偿的原理、技术途径和实现方法.其次给出航相机光学系统和运动形式的齐次坐标变换,实现了像移补偿计算模型的各个基本要素,从而提出了像移补偿计算的一般数学模型,此模型适用于各种航相机的像移速度和像移补偿计算.再次,对应用坐标变换方法进行像移补偿计算作了详细归纳,最后简单讨论了对像移速度矢量公式的简化方法和像移补偿误差计算方法,以期得到满足计算精度的简化表达式.通过计算模型四个环节的变化,可以将此方法应用到各类航相机像移补偿系统.     

机载成像系统像移计算模型与误差分析

研究了机载成像系统的像移及其对成像质量与相机分辨率的影响。为准确获取像移矢量,实现成像系统像移补偿,提出了一种基于坐标变换的机载成像系统像移计算模型。通过线性坐标变换,建立了从地面目标景物到成像系统像面的坐标变换模型,推导了地面目标景物在成像系统像面的解析表达式,根据坐标在相机积分时间内的变化来确定像移矢量。分析了成像系统像移误差的主要来源,讨论了载机轨道坐标、飞行姿态角和相机视轴角误差对像移计算结果的影响,采用蒙特卡罗方法分析和统计了像移计算误差。样本实验结果表明,在载机姿态角和相机摆角不变条件下,像移量与载机速度成正比,与目标距离成反比,像移误差随着参数误差的增加而增加,其中载机经度和纬度误差是影响像移计算误差的重要因素。结果显示本文方法对机载成像系统的像移补偿具有实用价值。     

航空摆扫相机转弯成像像移分析及补偿

为保证航空摆扫相机转弯成像过程中的成像质量,对其像移计算及补偿方法进行了研究。根据航空摆扫相机的成像原理,利用几何建模及速度矢量分解建立了转弯成像像移计算模型,给出了基于均值补偿的转弯前向像移补偿方法。转弯前向像移补偿分析表明:相机焦距为500 mm,曝光时间为0.01 s,速高比为0.02 rad/s,纵向视场角为10°,转弯角速度为0.5(°)/s时,最大前向像移补偿残差量为2.22μm;转弯角速度为1.5(°)/s时,最大前向像移补偿残差量为3.36μm。另外,转弯横向像移补偿分析表明:横向像移量随纵向视场角幅值的增加而增大,曝光时间为0.005 s,横向视场角为30(°),转弯角速度为1(°)/s时,横向像移量在纵向视场角为4.5°时达到3μm。转弯成像试飞实验结果表明:得到的图像像质优良,无几何形变,前向像移补偿良好,验证了本文提出的转弯成像像移补偿方法的正确性。     

航空成像像移补偿的并行计算

基于图像处理器(GPU)平台提出了维纳并行滤波算法,解决了航空成像的像移实时补偿问题.介绍了原有像移补偿算法及其PC运行平台的不足,立足于现有图像处理器通用计算技术对原有像移补偿算法做多线程并行计算的改进.针对图像处理器件的硬件并行架构,优化设置算法多线程访问,提高了各个线程的访问速度.该环节的改进甚至能将算法效率提升到原来的3倍.借助图像处理器的并行运算优势,单帧1 024×1 024灰度图像的恢复处理时间只需要8 ms,整个算法的运行速度达到原先的20倍,能够完全满足高分辨率航拍视频图像的像移模糊实时恢复的需求.     

离焦模糊图像的维纳滤波复原研究

微操作中，显微视觉系统获取的图像通常是离焦模糊图像。离焦模糊图像的退化模型可用圆盘函数描述，利用模糊图像无方向性的二阶拉氏微分图像的自相关的负相关峰形成的环形槽的直径等于作为圆盘函数直径的2倍可以确定该函数。对模糊图像进行一次维纳滤波方法得到原图像的估计值，然后利用该初始值求得原图像及噪声的谱密度估值，进而利用这些新获得的信息构成改进的维纳滤波器对退化图像进行第二次滤波。实验表明，该方法计算量小、鉴别精度高、抗噪声能力较强，突出原图像的一些关键细节，提高了图像的复原质量。     

航空多重模糊图像恢复算法

提出一种针对多重模糊的图像恢复算法,解决航空成像中多重模糊同时作用时的图像恢复问题。对多重模糊的物理模型进行分析,通过分步去模糊对多重模糊图像进行恢复。对空间不变模糊的点扩散函数进行合并,减少多重模糊恢复过程的计算误差累计,通过一次解卷积运算实现多重空间不变模糊图像的恢复。对包含空间变换模糊的多重模糊在分步恢复过程中所产生的图像误差噪声进行分析,使用维纳滤波对阶段误差噪声进行抑制,使得恢复图像的PSNR值提高7.76dB。实验结果表明基于点扩散函数合并的恢复方法能将多重模糊图像的PSNR值提高到28.09,有效地保障了图像的恢复质量。     

高频振动振幅的视觉测量

研究了运动模糊图像在空间域和频域上的数学模型,理论分析指出物体作高频谐波振动时运动模糊成像的频谱上会由于Bessel函数的零点的存在而形成系列暗条纹。提出利用CCD摄取一幅振动模糊图像,经二维傅里叶变换,并采用图像处理技术检测频谱上直线条纹的位置,即可实现高频振动振幅的图像测量,测量结果为亚像素级的精度。     

航空光电成像模糊的实时恢复

基于复数离散傅里叶变换(CDFT)频谱的共轭对称性,对传统的实数离散傅里叶变换(RDFT)做了改进,将改进后的RDFT算法用于维纳滤波器中来实现对运动模糊图像的恢复处理。一幅水平方向运动模糊,大小为512×512的8 bit灰度图像被用作测试图像,可以在19 ms内在Intel Pentium 4 3.0 GHz主频的PC机上用一维维纳滤波及改进的RDFT算法完成模糊恢复,满足实时处理的需要。实验结果显示,改进的RDFT能对CDFT的频谱数据实现有效压缩,节省一半的存储空间,使得维纳滤波等图像恢复频域算法的运算速度提高将近一倍;与CDFT相比,改进的RDFT算法没有丢失数据,能达到相同恢复精度。