[发明专利]一种基于均值滤波的简单透镜空间变化模糊核平滑方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像复原领域，具体指一种基于均值滤波的简单透镜空间变化模糊核平滑方法。

背景技术

近年来，简单透镜计算成像逐渐成为图像复原领域一个新的研究方向。简单透镜计算成像旨在利用前端尽可能简单的光学镜头结构结合后期图像计算方法，得到与单反相机等高端相机近似的成像质量。简单透镜计算成像能极大地降低镜头的光学设计成本，在图像复原和光学设计领域都具有重要的研究价值。简单透镜的镜头通常只包含一片、两片或者三片镜片，前端光学结构简单，除了外界因素，成像过程中镜片自身的像差和色差也会导致图像模糊，所以简单透镜计算成像的关键在于首先准确估计出简单透镜的模糊核，简单透镜的模糊核又称为点扩散函数PSF(Point SpreadFunction)。

专利ZL.201410064041.7公开一种单透镜成像的快速PSF标定算法，首先对同一组类型的单透镜进行PSF，通过求取这一组PSFs的平均值得到此类单透镜的PSF模板F，然后再将该模板F作为后续PSF估计的迭代初始值，以减少PSF估计过程所需的时间。现有简单透镜模糊核估计方法存在的主要问题在于：并没有考虑实际外界环境对模糊核估计精度的影响，在用简单透镜拍摄图像时，受外界光照等条件影响，用来估计模糊核的图像中除了镜片自身像差和色差所导致的图像模糊，难免会引入一定程度的图像噪声，在估计空间变化模糊核时，由于图像分成小块，噪声对模糊核精度的影响还会进一步增大，从而导致估计出的模糊核也存在一定程度的噪声，即模糊核边缘不够平滑。因此，消除模糊核的噪声，使估计出的模糊核更加平滑准确，是简单透镜计算成像急需解决的问题。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种基于均值滤波的简单透镜空间变化模糊核平滑方法，以消除图像噪声对模糊核估计精度的影响。

一种基于均值滤波的简单透镜空间变化模糊核平滑方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：用简单透镜拍摄得到模糊图像；

所述步骤一中用简单透镜拍摄的模糊图像具体是指在静态情况下拍得的图像，不包括运动模糊、抖动模糊或散焦模糊的情况；

步骤二：基于拍摄的模糊图像，用盲卷积图像复原方法估计出简单透镜的空间变化模糊核；

所述步骤二中盲卷积图像复原算法为基于最大后验概率MAP的盲卷积图像复原算法，在最大后验概率模型下，盲卷积图像复原问题的统计学模型可以表述为：

argmaxP(K,I|B)＝argmaxP(B|I,K)P(I)P(K)(1)

其中，K表示简单透镜对应的模糊核；I表示清晰图像；B表示简单透镜拍摄的模糊图像；P(K,I|B)表示在模糊图像B已知条件下，与模糊图像B对应的模糊核和清晰图像分别为K和I的概率；P(B|I,K)表示如果已知模糊核K和清晰图像I，对应的模糊图像为B的概率；P(I)表示对原始清晰图像已知的先验概率；P(K)表示模糊核的先验概率。

为计算方便，考虑到对数与乘积的转换关系以及对数函数的单调性，对式(1)左右两端分别取负对数：

-logP(K,I|B)＝-logP(B|K,I)-logP(I)-logP(K)(2)

则上述问题转化为能量最小化问题，左边的目标函数可以定义为：

其中，||K*I-B||²表示数据拟合项；表示图像先验；||K||_p2表示模糊核先验；λ₁和λ₂分别表示图像先验和模糊核先验的权重；P1和P2分别表示图像先验和模糊核先验的具体范数。

所述步骤二中估计空间变化模糊核的具体方法是，将模糊图像划分成若干相同大小的图像块，用盲卷积图像复原方法分别估计出每个图像块对应的模糊核，再将所有模糊核拼接起来。

步骤三：用均值滤波方法对空间变化模糊核进行平滑，得到最终空间变化模糊核；

所述步骤三中均值滤波方法具体是指对待处理的当前像素，求出当前像素和以当前像素为中心的周围邻域8个像素的像素值均值，并将该像素值均值作为当前像素的均值滤波结果，均值滤波方法的权系数矩阵模板如下式所示：

本发明有益效果：相对于现有技术，本发明充分考虑到拍摄图像时所引入的图像噪声对模糊核估计精度的影响，由外界环境所导致的图像噪声是杂乱无章的，具有随机性，而均值滤波方法针对这种随机噪声具有较好的消除效果，用均值滤波方法对所估计的模糊核进行平滑，可有效消除模糊核边缘处的噪声，进一步提高模糊核估计精度和后续图像复原精度。

附图说明