專利名稱：用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列恢復數(shù)字圖像的方法與設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從一個或多個觀察到的數(shù)字圖像重構(gòu)真實圖像或圖像序列的方法與設備。所觀察到的圖像可能由于透鏡的光學像差、不期望的運動(相機抖動)或類似的現(xiàn)象而模糊。
背景技術(shù)：
在如理論上由近軸光學器件所描述的理想光學系統(tǒng)中，點源發(fā)射出的所有光線都匯聚到焦平面中的單個點，形成清楚而清晰(sharp)的圖像。光學系統(tǒng)與這種行為的偏離被稱為像差，會造成圖像不期望的模糊。照相透鏡的制造商試圖通過組合若干個透鏡來最小化光學像差。復合透鏡的設計與復雜性依賴于各種因素，例如，光圈大小、焦距和對失真的限定。光學像差是不可避免的而且透鏡的設計總是在包括成本的各個參數(shù)之間進行折中。類似地，當從地球表面觀察天文對象時，其發(fā)射或反射的光必須穿過大氣，這會產(chǎn)生模糊的觀察圖像。因此，在天文學中，給所觀察到的天體的圖像去模糊是一個基本的問題。由于模糊不僅未知而且由于大氣湍流引起的折射指數(shù)的波動還隨時間和空間持續(xù)變化的事實，這個問題很復雜·。眾所周知，按湍流平穩(wěn)的時間量程的曝光時間(即，比十分之一秒還要短)產(chǎn)生包含所研究天體的高頻信息的圖像。這個事實在散斑成像(Speckle Imaging)中被利用，其中散斑成像是用于恢復封裝在短時間曝光圖像中的高頻信息的各種技術(shù)與算法的集合。由于大氣湍流的隨機本質(zhì),散斑成像技術(shù)必須考慮大量的圖像來實際恢復衍射受限的信息。在散斑干涉成像中，短曝光圖片在傅立葉域中被處理。通過CXD技術(shù)中提供優(yōu)越信噪比的新發(fā)展(電子倍增CXD照相機)，近年來所謂的幸運成像(Lucky Imaging)方法變得很流行。通常要收集大量的圖像(>10000)，其中只有非常小的一個百分比用于產(chǎn)生一個高質(zhì)量的圖像。對于所選圖像的組合，已經(jīng)建議了不同的注冊與超分辨率方法。另一方面，相機抖動是手持式、更長曝光照片的一個常見問題，尤其發(fā)生在低照明情況下，例如建筑物內(nèi)部。除了例如平移攝影的少數(shù)例外，相機抖動都是不期望的，因為它常常破壞細節(jié)并模糊圖像。透鏡上光學像差、大氣模糊或者相機抖動及許多其它因素的影響可以表達為(或者有時候至少近似為)實時圖像的真實清晰的變換，這種變換可以寫成矩陣矢量乘法(MVM)y=Ax(I)其中X是代表兼容或真實圖像的矢量，y是觀察到的圖像，而A是表示線性圖像變換的矩陣。但是，在一般的情況下，在給定X和y的情況下估計A是計算代價高昂的。因此，期望能適當?shù)叵薅ń饪臻g，即，不為了有效地執(zhí)行MVM而過分犧牲可表達性，因為這些對于盲解卷積算法是基本的操作。
因此，本發(fā)明的一個目標是提供用于處理光學像差、相機抖動或大氣模糊的影響的方法，所述方法可以有效地實現(xiàn)并且有可能在線執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
這個目標是根據(jù)本發(fā)明由根據(jù)獨立權(quán)利要求的方法與設備實現(xiàn)的。有利的實施方式在從屬權(quán)利要求中定義。本發(fā)明的關(guān)鍵思想是采用在維持計算可行的同時對許多現(xiàn)實世界應用能夠充分表達的一類線性過濾器。根據(jù)本發(fā)明，滿足這種需求的線性過濾器是所謂的點擴散函數(shù)(PSF)。本發(fā)明范圍內(nèi)的點擴散函數(shù)可以是空間不變的或者空間變化的，即，依賴于要應用其的圖像片的位置。在空間不變PSF的情況下，這些過濾器可以由(具有某個長度k的)矢量a表示，而
且它們的操作可以定義為X與a的卷積，
權(quán)利要求
1.一種用于從由圖像獲取設備獲取的圖像(y)重構(gòu)真實圖像(X)的計算機實現(xiàn)方法，其中圖像獲取設備具有透鏡，該方法包括步驟: -獲得數(shù)字形式的所獲取圖像(y)； -基于數(shù)字形式的所獲取圖像和透鏡的點擴散函數(shù)(A)來估計真實圖像(X);及 -輸出所估計的真實圖像U)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中透鏡的點擴散函數(shù)(A)是空間變化點擴散函數(shù)(A)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中·真實圖像(X)的每個顏色通道是通過單獨的空間變化點擴散函數(shù)(FR、FG、FB)來估計的。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中估計真實圖像(X)還對漸暈進行校正。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中估計步驟還基于圖像獲取設備的顏色過濾器陣列(CFA)的模型。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中透鏡的點擴散函數(shù)(A)是通過利用點光源自動測量透鏡來確定的。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中透鏡是復合透鏡。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中圖像獲取設備是電子顯微鏡。
9.一種用于從由圖像獲取設備獲取的圖像(y)重構(gòu)真實圖像(X)的設備，其中圖像獲取設備具有透鏡，該設備包括: -用于獲得數(shù)字形式的所獲取圖像(y)的裝置； -用于基于數(shù)字形式的所獲取圖像和透鏡的點擴散函數(shù)(A)來估計真實圖像(X)的裝置；及 -用于輸出所估計的真實圖像(X)的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的設備，其中點擴散函數(shù)(A)是空間變化點擴散函數(shù)(A)。
11.一種用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列G1，…，yT)恢復數(shù)字圖像(X)的計算機實現(xiàn)方法，該方法包括步驟: -獲得所觀察到的數(shù)字圖像(yt)； -基于所觀察到的圖像(yt)估計點擴散函數(shù)(ft)； -基于所估計的點擴散函數(shù)(ft)和所觀察到的圖像(yt)來估計被恢復的數(shù)字圖像(X); -重復以上步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中被恢復的數(shù)字圖像(X)具有比所觀察到的數(shù)字圖像(yt)更高的分辨率。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中所觀察到的數(shù)字圖像中的飽和像素至少部分地被忽略。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，應用到所觀察到的數(shù)字圖像序列(yi，…，yT)的單獨顏色通道。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中被恢復的圖像(X)的全部顏色通道被同時估計。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中: -所觀察到的圖像被分成片； -多個點擴散函數(shù)(ft)被聯(lián)合估計，每個片一個點擴散函數(shù)(ft);及 -被恢復的數(shù)字圖像(X)是基于聯(lián)合估計的點擴散函數(shù)(ft)與所觀察到的圖像來估計的。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括步驟: -通過所觀察到的數(shù)字圖像(yt)的雙邊過濾除去噪聲 '及 -通過所觀察到的數(shù)字圖像(yt)的沖擊過濾強調(diào)邊緣。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該方法被在線執(zhí)行。
19.如權(quán)利要求 11所述的方法，其中所觀察到的數(shù)字圖像序列(yi，…，yT)是天文圖像序列。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所觀察到的數(shù)字圖像序列Cy1,…，yT)是磁共振圖像(MRI)序列。
21.一種用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列(yi，…，yT)恢復數(shù)字圖像(X)的設備，該設備包括: -用于獲得所觀察到的數(shù)字圖像(yt)的模塊； -用于基于所觀察到的圖像(yt)估計點擴散函數(shù)(ft)的模塊； -用于基于所估計的點擴散函數(shù)(ft)和所觀察到的圖像(yt)來估計被恢復的數(shù)字圖像(X)的模塊； 其中 該設備適于執(zhí)行如權(quán)利要求11所述的方法。
22.—種計算機可讀介質(zhì)，存儲如權(quán)利要求11所述的方法恢復的數(shù)字圖像。
全文摘要
本公開涉及用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列恢復數(shù)字圖像的方法與設備。根據(jù)本發(fā)明，用于從所觀察到的數(shù)字圖像序列(y1,…,yT)恢復數(shù)字圖像(x)的計算機實現(xiàn)方法包括步驟獲得所觀察的數(shù)字圖像(yt)；基于所觀察到的圖像(yt)估計點擴散函數(shù)(ft)；基于所估計的點擴散函數(shù)(ft)和所觀察到的圖像(yt)來估計恢復的數(shù)字圖像(x)并且重復以上步驟。為了校正透鏡的光學像差，可以使用透鏡的點擴散函數(shù)。
文檔編號G06T5/00GK103201765SQ201180053690
公開日2013年7月10日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者S·哈爾梅林, M·海爾什, S·蘇拉, B·什沃爾考普夫, C·J·舒樂 申請人:馬普科技促進協(xié)會