[发明专利]基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像复原技术领域，具体的涉及一种基于棋盘格图像对单透镜计算成像PSF估计方法。

背景技术

目前，单反相机以其高清的成像质量、丰富的镜头选择、迅捷的响应速度、卓越的手控能力等优势在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。然而，为弥补单反镜头中镜片的几何畸变和像差，进一步提高成像质量，单反镜头的设计日益复杂，甚至包含数十个独立的光学器件。复杂的镜头在提高成像质量的同时，会增加镜头的体积和重量，给用户灵活使用增加难度，并增加镜头的成本。因此，在尽量消除镜片像差，增加成像质量的同时，如何降低镜头成本，使其更为轻便，也成为目前单反相机设计的重要需求之一。近年来，随着图像复原技术的快速发展，图像去模糊等方法越来越成熟，镜头中某些消除像差和修正几何畸变的镜片可由去模糊等计算摄影技术代替，从而减轻镜头的重量。因此，单透镜计算成像与图像复原技术的结合也逐渐成为单反相机设计的一个新的研究方向。

单透镜计算成像的关键在于准确估计出单透镜成像系统的点扩散函数(Point Spread Function，PSF)，又称为模糊核。现有技术中估计模糊核常用的方法是利用盲卷积图像复原算法(N.Joshi,R.Szeliski and D.J.Kriegman.PSF estimation using sharp edge prediction.IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition.pp.3-8,2008.)，但是利用盲卷积图像复原方法直接估计模糊核一般需要设计相应的图像先验以及模糊核先验，盲卷积图像复原算法的目标函数比较复杂，估计模糊核需要较长的优化迭代时间，而且先验选取得好坏将直接影响模糊核的估计精度，进而影响图像最终复原效果。

发明内容

针对目前的单透镜计算成像问题中PSF估计精确度不高以及估计方法复杂的技术问题，本发明提出一种基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法。

本发明提供了一种基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法，包括以下步骤：

步骤一：采用单透镜成像系统在正常光圈下拍摄棋盘格图像，得到模糊棋盘格图像；

步骤二：采用单透镜成像系统在最小光圈下拍摄棋盘格图像，得到清晰棋盘格图像；

步骤三：将模糊棋盘格图像和清晰棋盘格图像作为输入值，构造该非盲卷积图像复原目标函数，

非盲卷积图像复原目标函数为：

其中，K表示单透镜的模糊核，又称点扩散函数PSF；I表示清晰图像；B表示由单透镜成像系统直接得到的模糊图像；表示数据拟合项；表示模糊核先验，其中表示模糊核的导数；表示能量限制项，满足∑_x,yK(x,y)＝1，其中(x,y)表示模糊核的坐标；λ₁和λ₂分别表示模糊核先验与能量限制项的在目标函数中的权重；

步骤四：采用EM优化算法求解非盲卷积图像复原的目标函数，得到所用单透镜的PSF估值。

进一步地，棋盘格为黑白棋盘格。

进一步地，EM优化算法包括以下步骤：

(1)E-step：令Q(I)＝P(I|B,K)，并计算出Q(I)的均值u和方差C，其中P(I|B,K)表示在已知模糊图像B和模糊核K的条件下，对应的清晰图像为I的概率；均值u代表给定当前模糊核时潜在的清晰图像，C代表清晰图像周围的方差；

(2)M-step：找到使K*I-B达到最小值的K值，即使式(2)达到最小值；

E_Q[||K*I-B||²] (2)

其中，E_Q是目标函数的符号，所得最小值即为所用单透镜的PSF估值。

本发明的技术效果：

本发明提供的基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF估计方法，采用棋盘格图像，在不同光圈条件下，拍摄对应的模糊与清晰棋盘格图像，分别模拟单透镜实际与理想拍摄情况，再通过非盲卷积算法即可估计出单透镜的模糊核，相比于现有方法，这种方法操作简单，目标函数简单，无需设计复杂的模糊核先验与图像先验，而且估计出的PSF更加准确。借助棋盘格来“估计”单透镜镜头的PSF，属于图像复原领域的问题。

具体请参考根据本发明的基于棋盘格图像对单透镜计算成像的PSF标定方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。

附图说明