[发明专利]一种气动热辐射图像多尺度建模方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于气动光学与图像处理相结合的交叉科学技术领域，具体涉及一种气动热辐射多尺度建模方法及其在图像校正中的应用。 

背景技术

气动光学是研究高速绕流流场对高速飞行器成像探测影响的一门学科。带有光学成像探测系统的高速飞行器在大气层内飞行时，光学窗口与来流之间的相互作用形成复杂的流场。由于空气粘性的作用，与光学窗口表面相接触的气流将受到阻滞，使得气流速度降低，在窗口表面附近形成边界层。边界层内具有很大速度梯度的各层会产生强烈的摩擦，气流的动能不可逆转地变为热能，造成窗口壁面温度的升高。高温气流将不断向低温壁面传热，引起很强的气动加热。光学窗口被气动加热而处于严重的气动热环境中，产生热辐射噪声，降低光电探测系统的信噪比和图像质量。 

飞行速度越大，气流在飞行器表面加热的程度就越严重。窗外气流的辐照度和窗口的辐照度与背景的辐照度迭加，成像传感器将进入非线性区或饱和，造成景物有效信息的丢失或信噪比、信杂比的降低，探测性能的下降或功能失效。因此，需要进行气动热辐射校正，以提高信噪比。 

由于气动热辐射的退化模型是未知且随机变化的，退化图像还含有传感器噪声，增加了图像恢复或校正的难度，目前还没有相关文献报道气动热辐射退化图像校正方法。 

发明内容

本发明提出了一种气动热辐射图像多尺度建模方法，该方法从多个尺度利用最小二乘逼近对气动热辐射图像的退化特性进行建模，得到一定气动热环境下的窗口热辐射指纹。本发明还提出了一种利用上述建模得到的 窗口热辐射指纹对气动热辐射退化图像序列进行校正的方法，可以有效地对气动热辐射图像进行校正恢复，提高图像的信噪比和图像质量。 

本发明中，处于气动热环境中的光学窗口有随着温度及压强变化的规律，称为窗口热辐射指纹。 

本发明提供的一种气动热辐射图像多尺度建模方法的具体步骤包括： 

(1)通过成像装置获取一定气动热环境下(即一定温度和压强条件下)的气动热辐射退化图像序列(f₁，f₂，f₃，......，f_n-2，f_n-1，f_n)，并将图像序列中每帧图像均与基准图像f₀成对分组，每一组图像构成校正和恢复运算的基本处理对象： 

(f₀，f₁)，(f₀，f₂)，(f₀，f₃)，......，(f₀，f_n-1)，(f₀，f_n) 

n为退化图像序列的帧数，f_k为在温度为T_k，压强为P_k的条件下获取的气动热辐射退化图像，k为气动热辐射退化图像的帧序号； 

(2)对每一组图像(f₀，f_k)进行配准，得到配准后的图像组合(f₀，f′_k)以及偏移值(Vx_k，Vy_k)，Vx_k为x轴方向上的偏移量，Vy_k为y轴方向上的偏移量； 

(3)对配准后的每一组图像(f₀，f′_k)，求其气动热辐射退化图像与基准图像之差值d_k＝f′_k-f₀； 

(4)利用最小二乘逼近原理，对差值图像d_k进行多尺度的曲面逼近拟合，得到各尺度下拟合的曲面多项式 即窗口热辐射指纹，scale＝max，mid，min，分别代表大尺度(即第一尺度)、中尺度(即第二尺度)和小尺度(即第三尺度)，p、q为多项式的最高幂次方，若为双三次多项式，则取p＝q＝3；具体为：