本發(fā)明涉及圖像中的信號處理技術(shù)，特別是一種非盲卷積運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法。

背景技術(shù)：

在用攝像機(jī)獲取景物圖象時(shí)，如果在相機(jī)曝光期間景物和攝像機(jī)之間有相對運(yùn)動(dòng)，那么往往會(huì)使得到的照片變得模糊。這類圖象模糊稱運(yùn)動(dòng)模糊，通過建立運(yùn)動(dòng)圖象的復(fù)原模型來解決圖象的復(fù)原問題是研究解決運(yùn)動(dòng)模糊的主要手段。如果考慮噪聲的影響，運(yùn)動(dòng)模糊圖象的退化模型可以描述為一個(gè)退化函數(shù)和一個(gè)加性噪聲項(xiàng)n(x,y)，處理一幅輸入圖象f(x,y)產(chǎn)生一幅退化圖象g(x,y)。

其中，h(x,y)稱為模糊算子或點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，表示卷積，f(x,y)表示原始清晰圖象，g(x,y)表示觀察到的退化圖象。

由于空間域的卷積等同于頻率域的乘積，所以式(1)的頻率域描述為：

G(u,v)＝H(u,v)F(u,v)+N(u,v) (2)

式(2)中的大寫字母項(xiàng)是式(1)中相應(yīng)項(xiàng)的傅里葉變換。

運(yùn)動(dòng)模糊圖象復(fù)原技術(shù)可以劃分為兩組：確定性的和隨機(jī)性的。確定性的方法對于帶有很小噪聲且退化函數(shù)已知的圖象有效。原始圖象從退化圖象的逆變換得到。隨機(jī)性的技術(shù)根據(jù)特定的隨機(jī)準(zhǔn)則，即最小二乘方法，找到最優(yōu)的復(fù)原。逆濾波、有約束的最小二乘法、維納濾波和Richardson-Lucy迭代去卷積等恢復(fù)方法是圖像復(fù)原中最基礎(chǔ)最經(jīng)典的方法。在這里我們回顧一下有約束的最小二乘法與Richardson-Lucy迭代去卷積。

應(yīng)用有約束的最小二乘方恢復(fù)方法時(shí)，只需有關(guān)噪聲均值和方差的知識就可對每幅給定的圖象給出最佳恢復(fù)結(jié)果。有約束最小二乘方法在無噪聲或者噪聲很小的情況下恢復(fù)效果比較理想，對于含有一定強(qiáng)度噪聲的情況下，恢復(fù)效果也不令人滿意。

Richardson-Lucy算法是目前應(yīng)用很廣泛的一種圖象迭代恢復(fù)方法。Richardson-Lucy算法能夠按照泊松噪聲統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)求出與給定點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)卷積后，最有可能成為輸入模糊圖象的圖象。當(dāng)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)已知但圖象噪聲信息未知時(shí)，也可以使用這種恢復(fù)方法進(jìn)行有效的恢復(fù)。

但是Richardson-Lucy算法方法存在一些較嚴(yán)重的缺陷，問題一是噪聲放大問題，這也是這類方法(利用最大似然性求解)的通病。問題二是對于恢復(fù)圖象中的不同部分分別執(zhí)行多少迭代才合適的問題。因?yàn)閳D象中信噪比高的部分可能需要數(shù)百次迭代才能獲得滿意的結(jié)果；而另一些光滑的對象可能只需很少次數(shù)即可達(dá)到滿意的結(jié)果。Richardson-Lucy算法隨著迭代次數(shù)的增加計(jì)算時(shí)間也大幅度增加，不利于運(yùn)動(dòng)模糊的實(shí)時(shí)恢復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種非盲卷積運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，通過引入最小二乘法，迭代地抑制了噪聲對恢復(fù)圖像的影響，從而使模糊圖像獲得顯著的恢復(fù)效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種非盲卷積運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原方法，步驟如下：

(1)將清晰圖像x初始化為采集得到的觀測圖像y；

(2)根據(jù)下列公式求解輔助變量w：

其中，β表示圖像的更新權(quán)重；f₁，f₂表示微分濾波器和表示對索引為i的像素值進(jìn)行微分濾波表示卷積運(yùn)算；

(3)根據(jù)下列公式求解清晰圖像x：

其中:f表示微分濾波器f₁，f₂的二維矩陣；k表示點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，初始化設(shè)置為高斯脈沖函數(shù)；*表示復(fù)共軛運(yùn)算；λ表示正則化權(quán)重；

(4)根據(jù)影響因子β_Inc更新圖像的更新權(quán)重β：

β＝β_Inc·β

比較β和β_max，其中β_max為設(shè)定的最大更新權(quán)重；如果β＞β_max或迭代次數(shù)大于設(shè)定的總迭代次數(shù)T，中止迭代，得到的最終步驟(3)中的清晰圖像x，否則回到步驟(2)繼續(xù)迭代更新。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明通過采用交替半分裂的方法使得每個(gè)像素上都成為可分離的，由此解決非凸優(yōu)化問題，從而提高了點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的強(qiáng)魯棒性和誤差精度；

2)通過引入最小二乘法，迭代地抑制了噪聲對恢復(fù)圖像的影響，從而使模糊圖像獲得顯著的恢復(fù)效果；

3)通過采用快速反卷積的方法，使得算法的自動(dòng)化程度高、操作簡單、執(zhí)行速度快。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例中采集的觀測圖像；

圖3為采用有約束的最小二乘法對圖2觀測圖像處理得到的清晰圖像；

圖4為采用Richardson—Lucy方法對圖2觀測圖像處理得到的清晰圖像；

圖5為采用本發(fā)明方法對圖2觀測圖像處理得到的清晰圖像。

具體實(shí)施方式

采用本發(fā)明方法對小型X射線掃描檢查系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行去模糊。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，它包括以下幾個(gè)部分:

X光機(jī):主要由控制器和X射線發(fā)生器組成，用于產(chǎn)生連續(xù)低能(幾十到幾百kV)X射線。

機(jī)械傳送裝置:包括傳送帶、電機(jī)和系統(tǒng)骨架、箱體。

探測與數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng):用探測器陣列和通訊模塊對X射線產(chǎn)生的高低能量進(jìn)行同步測量，并與運(yùn)行檢查分系統(tǒng)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳遞。

運(yùn)行檢查分系統(tǒng):包括主機(jī)、高分辨率顯示器。執(zhí)行接受用戶指令，控制系統(tǒng)運(yùn)行和接受探測器數(shù)據(jù)，進(jìn)行多功能圖像處理功能。

電氣控制分系統(tǒng):執(zhí)行安全聯(lián)鎖、與控制臺(tái)交互信息、通道貨物指示和傳送帶電機(jī)控制的操作。

在小型x射線掃描檢查系統(tǒng)中，探測與數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)采集到被檢物的圖像后傳輸?shù)竭\(yùn)行檢查分系統(tǒng)，在這里進(jìn)行圖像的去模糊操作。圖像去模糊操作的主要步驟如下：

(1)將清晰圖像x初始化為采集得到的觀測圖像y；

(2)根據(jù)下列公式求解輔助變量w：

其中，β表示圖像的更新權(quán)重；f₁，f₂表示使用微分濾波器和表示對索引為i的像素值進(jìn)行微分濾波表示卷積運(yùn)算；

本實(shí)施例中，設(shè)定通過求解下列方程即可求得w^*的值：

(3)根據(jù)下列公式求解清晰圖像x：

其中:f表示微分濾波器f₁，f₂的二維矩陣；k表示點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，初始化設(shè)置為高斯脈沖函數(shù)；*表示復(fù)共軛運(yùn)算；λ表示正則化權(quán)重；

(4)根據(jù)影響因子β_Inc更新圖像的更新權(quán)重β，更新權(quán)重β初始化為β＝β₀：

β＝β_Inc·β

比較β和β_max，其中β_max為設(shè)定的最大更新權(quán)重；如果β＞β_max或迭代次數(shù)大于設(shè)定的總迭代次數(shù)T，中止迭代，得到的最終步驟(3)中的清晰圖像x，否則回到步驟(2)繼續(xù)迭代更新。

如圖2所示，該圖為實(shí)施例中采集的觀測圖像；使用有約束的最小二乘法對觀測圖像進(jìn)行去模糊處理的效果圖如圖3所示，由于本組實(shí)驗(yàn)采用的觀測圖像噪聲很小的情況，我們可以看出使用有約束的最小二乘法得到的復(fù)原圖像效果還算比較理想；圖4為使用Richardson—Lucy方法對觀測圖像進(jìn)行去模糊處理得到的復(fù)原圖像，從圖中可以看出由于對于未對觀測圖象中的不同部分分別執(zhí)行不同迭代次數(shù)，使得處理后的復(fù)原圖像出現(xiàn)了震鈴效應(yīng)和邊緣銳化；如圖5所示，使用本發(fā)明提供的模糊圖像復(fù)原方法進(jìn)行去模糊操作得到的清晰圖像是三種方法中復(fù)原效果最顯著，成像最清晰的。