[发明专利]一种天基大视场成像点源/斑状目标的图像恢复增强方法

说明书

技术领域

本发明属于航天技术与图像处理相结合的交叉科学技术领域，具体涉及一种天基大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法。

背景技术

在天基对地观测时，由于成像探测设备设计和制造工艺技术水平的限制，将造成图像品质的下降，如图像畸变或模糊。特别对斑/点状目标，将产生点源或斑状目标信号的减弱，对信号弱的点源目标或斑状目标造成漏检的后果。成像传感器自身产生的模糊可以用点扩展函数模型近似表征。但是，传统小视场成像传感器使用空间不变点扩展函数退化模型不能准确的反映大视场成像传感器产生的成像畸变。更重要的是，在成像系统建成后随着时间推移系统的畸变会增加，如何发展数字处理的方法，自适应校正其畸变和模糊、提高其性能，就成为重要的研究课题。这是当前技术发展中十分薄弱的尚待解决的难题。大视场成像传感器所引起的畸变应该用空间变化的点扩展函数来表征，其成像畸变具有随时间、空间变化的特点。

设在某一定曝光时间内，成像器畸变的点扩展函数为PSF(x，y)，它可通过两个点扩展函数的卷积得到：

1.随着与离镜头轴心的距离不同造成不同的图像模糊，其等效的点扩展函数为PSF₁(r)。其中r为离镜头中心或焦平面中心o的距离，如图(2)所示。根据成像传感器的制作技术水平，在焦平面中心，由衍射极限造成的图像模糊相对比较小，即PSF₁(r)比较小；而离光学镜头轴心的距离越远，其成像传感器光学镜头的制作畸变更大，成像时会对图像造成较大的模糊，从而PSF₁(r)也就比较大(如图(2b))。

2.如图(3a)所示，在某感光元S(x，y)处其点扩展函数为点源目标可能完全落入该感光元上，即一个像素的点像。但也可能落入2～4个感光元上(如图(3b)～图(3d))，此时这些感光元均产生响应，使一个点像变成2～4个像素的点像，这就造成模糊效应。同样，大于一个感光元面积的斑状目标落入多个感光元形成附加模糊的例子见图(3e)。这就是说，由于成像位置不同，同样大小的点源或斑状目标在焦平面离散感光元阵列上将形成随机的附加模糊的像。我们可用一个随机的点扩展函数PSF₂(x，y)来表示，PSF₂(x，y)是源于数字型成像传感装置离散的感光元阵列。则总的点扩展函数表示为

PSF(x，y)＝PSF₁(x，y)*PSF₂(x，y)

综上所述，需要发明新的数字图像处理技术，来改善和校正由于上述成像系统本身造成的成像模糊问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天基大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法。该方法提出了空间可变的点扩展函数的模型，并考虑到成像焦平面离散的感光元阵列产生的随机退化模糊效应，提出并实现了有效的点源/斑状目标的恢复增强方法。

本发明提供的天基大视场成像点源/斑状目标的恢复增强方法，其步骤包括：

地面准备阶段：

(1)将成像传感装置因设计和制造工艺技术水平的限制而造成的空间可变退化图像分成多个空间不变的图像子块，并构造各图像子块的总体点扩展函数。

(1.1)根据感光元离镜头轴心的距离，将焦平面上灰度图像分成M个子块，各图像子块用f_i(i为图像子块的序号，i＝1，2，L，M)表示，各图像子块内可近似看成等晕区；

(1.2)在地面预先用光学设备测出各图像子块内的点扩展函数PSF_i1(r)，并存储到数据库中；

(1.3)针对各图像子块，构造成像焦平面离散感光元阵列随机退化模糊效应点扩展函数模型PSF_i2(x，y)；

(1.4)构建各子块的总体点扩展函数模型PSF_i(x，y)＝PSF_i1(x，y)*PSF_i2(x，y)。

在线处理阶段：

(2)以步骤1建立的空间可变图像退化模型为约束条件，对各图像子块分别进行校正；

(2.1)用最大似然估计算法对各图像子块进行校正。将PSF_i1(r)作为点扩展的迭代初值，即将f_i作为目标图像的迭代初值，即并设置迭代次数为N进行迭代。迭代公式如下：