[发明专利]基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法

说明书

技术领域

本发明涉及成像技术领域，具体涉及一种基于反卷积图像复原的高保真视 频放大方法。

背景技术

近年来，随着成像技术的不断发展。高帧频，高分辨率的相机越来越多的 应用在军事，工业，安防，科研等诸多领域。但是受制于成像器件的分辨率， 光学系统的放大倍率，相机的尺寸重量等诸多因素，在很多应用场合仍无法满 足人们对于相机分辨力的要求。这时往往需要结合光学系统的变倍技术和电子 学图像放大技术来提升相机的分辨力。

电子学图像放大技术通常是对原有分辨率的图像进行插值处理，通过增加 图像分辨率达到提升相机分辨力的目的。图像插值的方法有很多，如邻域插值， 双线性插值，双三次插值等等。针对视频处理，需要满足系统实时性，不能采 用一些过于复杂的算法。因此往往采用易于硬件实现的方法进行插值。这类插 值方法虽然能够较快的完成插值处理，但是由于算法简单，往往对图像质量造 成损失，使图像边缘能量减弱，降低了图像传函。

图像复原技术，其数学本质是根据已知的g(x,y)以及h(x,y)与n(x,y)的部分先验信息，以不同的准则对f(x,y)进行估计，从而得到接近于实际场景(f(x,y))的估计值——利用图像复原技术可以较好恢复图像边缘的能量，使图像能量更为集中，提升相机传递函数。

综上所述，为了提升视频放大后的图像质量，并兼顾高速视频处理要求的 实时性，有必要寻求高保真的视频放大方法，且这种方法可在实际工程中得以 实现。

发明内容

本发明为提高相机视频放大后图像质量，解决提升分辨力与放大后图像退 化之间的矛盾，提供一种基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法。

基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、对待测相机镜头进行测试，获得待测相机的点扩散函数h(x,y)；

步骤二、采用插值方法对原始图像进行插值，获得待复原的插值后的图像 g(x,y)；

步骤三、对步骤一获得的点扩散函数h(x,y)，采用傅里叶反变换到空间域中， 得到反卷积预选模板h_y(x,y)；

步骤四、对步骤三获得的反卷积预选模板h_y(x,y)进行截取，获得尺寸为 13×13的反卷积模板h_m(x,y)；

步骤五、将反卷积模板h_m(x,y)与步骤二中待复原的插值后的图像g(x,y)进行实时的二维卷积，获得复原后的放大图像

本发明的有益效果：

一、本发明提供了一种在现有技术条件下可行的基于反卷积图像复原的高 保真视频放大技术，减少普通视频放大技术带来的图像退化，提升视频相机的 图像放大质量。

二、本发明并不限制插值方法，只要能够保证视频输出实时性(延迟小于 40ms)。

三、为了解决图像在轨复原的实时性难题，本发明将原本在频域的复原搬 移到了空间域进行处理，保留了成熟的线性滤波复原图像的可靠性(两者在数学 本质上相同)，截取能量分布的主要部分，采用小尺寸的空间域反卷积模板进行 卷积处理，减小了空间域处理的计算量，以满足处理的实时性。

四、本发明采用FPGA作为核心硬件平台，基于并行流水线思想按像元时 钟速率进行实时处理，降低了硬件性能要求和代码设计复杂程度，易于工程实 现。同时随着FPGA集成度和性能的提高，可针对不同倍数的放大倍率进行扩 展，适应性强。

五、本发明所述的方法可同时对非放大视频进行图像复原，整体提升相机 输出图像质量。

附图说明

图1为本发明所述的基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法的流程图；

图2为本发明所述的基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法中待测相 机镜头测试的原理框图；

图3本发明所述的基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法中根据相机 参数获得的一种典型的尺寸为7×7的在轨归一化点扩散函数h(x,y)示意图；

图4为根据图3获得的能量分布高度集中的尺寸为256×256的空间域反卷 积预选模板h_y(x,y)的示意图；

图5从图3中截取的尺寸为13×13的空间域反卷积模板h_m(x,y)示意图；

图6采用本发明所述的基于反卷积图像复原的高保真视频放大方法对 h_m(x,y)与g(x,y)进行卷积运算的示意图；