[发明专利]基于实时盲图像复原技术的视频像质改善系统

说明书

技术领域

本发明涉及改善视频图像序列成像质量的图像处理技术领域，特别是一种基于实时盲图像复原技术的视频像质改善系统。

背景技术

研制高质量的光电成像系统一直是人类不懈的追求，但是任何成像系统，都不可避免的受到外界环境和系统本身的影响而使其图像降质。以改善图像质量为目的的图像复原理论，自20世纪60年代就已成功应用于空间探测；至今历经数十年的发展，图像复原受到国内外的广泛研究，其相关的算法和技术也逐渐成熟。

而盲图像复原是当前图像复原领域的研究热点，其目的是在成像系统点扩展函数(又称图像退化或降质函数)未知或不完全确知的情形下，利用所观测的降质图像对目标图像和系统点扩展函数进行估计，实现目标图像的复原重建从而提高图像质量。由于无需确定的系统点扩展函数，相对经典的图像复原，盲图像复原适应性更强，应用领域更为广泛。有关盲图像复原的原理性内容可以参见“Blind image deconvolution theory and applications”，Patrizio Campisi and Karen Egiazarian，2007。图像降质和盲复原过程见图1。

但由于反卷积过程的不可逆性和噪声引入的病态性，较为有效的盲图像复原算法一般具备计算量大且复杂度高的特点，从而导致处理时间较长且硬件实现难度大，不能满足工程领域中的实时性要求。文献报道显示，多数图像复原技术只成功应用于天文观测，显微技术，医学成像等实时性要求极低的场合甚至事后处理，且通常以大型的多机系统和软件平台实现复杂的处理算法。而目前集成度较高的光电系统，其成像速度已可以达到数百帧每秒且分辨率不断提高。若要在系统中同步地使用盲图像复原技术，既需要更加高效快速的复原算法，又离不开高实时性的硬件计算技术。

由于上述问题的存在，盲图像复原技术实时应用于高帧频高分辨率图像的像质改善，成为一个很重要的研究课题。其中涉及到改进盲复原算法使其计算速度加快、降低硬件系统的实现复杂度使其具备实时性能，以及硬件处理平台的小型化等技术难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：为克服图像复原技术工程应用实时性差的缺点，在高速成像场合利用盲图像复原技术改善图像质量，提供了包括一系列高速图像处理算法和小型化图像处理平台结构在内的核心解决方案，在一定程度上满足了工程中的实时盲图像复原要求。

本发明技术方案为：一种基于实时盲图像复原技术的视频像质改善系统，采用以高速图像处理算法为核心的实时盲图像复原技术和多核并行处理结构，在小型化图像处理平台上实现视频图像的实时像质改善。系统包括三个部分，分别为输入数据分送器、输出数据组合器和由多个图像复原处理核组成的图像复原处理阵列。输入的视频图像序列，通过输入数据分送器划分为多路子序列并送入图像复原处理阵列，然后由单个复原处理核完成一路图像子序列的盲复原计算，最终将多路复原图像子序列经输出数据组合器还原为高像质的视频图像序列。

所述的输入数据分送器，对输入图像序列y进行n倍的帧频下采样，并对n路输出子序列标定编号y_i，i＝1...n。

所述的图像复原处理阵列，由n个图像复原处理核组成并标定编号p_i，核p_i只处理图像子序列y_i，i＝1...n。

所述的输出数据组合器，按已标定的编号，顺序地从各复原处理核读取单帧复原后图像数据，并同步输出。

所述的图像复原处理核，包含三个图像处理模块，按照预处理→盲复原→后处理的流程处理图像数据。

所述的图像盲复原处理，先由观测图像的傅里叶变换频谱的幂运算直接估计点扩散函数，再由维纳滤波器进行图像复原。

所述的盲图像复原处理，利用实信号傅里叶变换的周期对称性和数据共轭对称性，完成二维FFT正/反变换的计算，其计算量和存储需求约为常规方法的50％。

所述的盲图像复原处理，查找表的生成过程中，先利用图像数据的分布特性对表格分段，再进行非均匀的数据采样。