基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法及系統(tǒng)，主要包括前去噪階段、重建階段和后去噪階段，所述前去噪階段和后去噪階段，分別對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行切塊處理，非局部自相似塊搜索，形成圖像矩陣，根據(jù)特征矩陣與保留的特征值得到去噪后的圖像矩陣，恢復(fù)得到完整的圖像；所述重建階段包括對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，根據(jù)傳感器發(fā)光順序?qū)個(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序，對(duì)各個(gè)譜段圖像切分為小塊，對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，進(jìn)行直方圖拉伸，將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜段的處理后的完整圖像。本發(fā)明可以充分利用各譜段信息，重建過程僅需進(jìn)行線性映射，效率高，適用性好。
【專利說明】
基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及線陣相機(jī)圖像處理領(lǐng)域，具體涉及基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖 像處理及重建方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣、可靠性越來越 高、檢測(cè)速度越來越快，已經(jīng)成為眾多領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)手段。其中在表面檢測(cè)領(lǐng)域中， 接觸式圖像傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于表面檢測(cè)對(duì)待測(cè)的圖像分辨率要求很高， 分辨率的高低直接影響了表面檢測(cè)技術(shù)的效果，但分辨率的提高也同時(shí)意味著成本的上 升，而這顯然與采用接觸式圖像傳感器控制成本的初衷相悖。為了解決這一問題，本專利探 尋了一種結(jié)合接觸式圖像傳感器成像方式進(jìn)行多譜段圖像重建從而獲得更高分辨率圖像 的方法，力求在同等的分辨率情況下獲得更高分辨率圖像。現(xiàn)有的對(duì)圖像進(jìn)行重建的專利 (包括發(fā)明授權(quán)專利和發(fā)明公布專利)如下：
[0003] 申請(qǐng)?zhí)?01010238674.7, "一種高分辨率視頻圖像重建方法"，此方法的思想是對(duì) 視頻中的圖像進(jìn)行插值，并利用運(yùn)動(dòng)矢量集對(duì)被插值點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，從而獲得重建后的 高分辨率視頻圖像。此方法需要多幀圖像提供互補(bǔ)信息，從而實(shí)現(xiàn)單幀圖像的重建，然而在 表面檢測(cè)的應(yīng)用中無法獲取單一被測(cè)表面的多幀視頻圖像，每一被測(cè)表面僅有一張圖像， 因此該方法不適用于接觸式圖像傳感器采集的多譜段圖像的重建。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)?01310522407.6, "圖像重建方法及裝置"，此方法的思想是采用壓縮感知 的思想，利用觀測(cè)矩陣與原圖像之間的關(guān)系來重建原圖像，獲取更高分辨率的圖像。此方法 需使用特定的裝置采集圖像，不適用于接觸式圖像傳感器采集的多譜段圖像的重建。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)?01410212391.0, "低分辨率紅外圖像重建高分辨率紅外圖像的方法"，此 方法的思想是利用同場(chǎng)景高分辨率的可見光圖像的高頻信息重建對(duì)應(yīng)的紅外圖像，使得重 建后的紅外圖像擁有高頻細(xì)節(jié)及清晰的邊緣。此方法需要低分辨率的紅外圖像擁有對(duì)應(yīng)的 高分辨率可見光圖像，然而接觸式圖像傳感器所獲取的所有譜段圖像均為低分辨率圖像， 無法提供高頻細(xì)節(jié)，因此該方法不適用于接觸式圖像傳感器采集的多譜段圖像的重建。
[0006] 因此，探尋一種結(jié)合接觸式圖像傳感器成像方式進(jìn)行多譜段重建從而獲得更高分 辨率圖像的軟件方法，必將推動(dòng)表面檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種基于接觸式圖像傳感器多譜段圖像重建技術(shù)方案，能夠結(jié)合各譜 段的信息，獲得縱向分辨率更高的多譜段圖像，應(yīng)用于接觸式圖像傳感器所采集的多譜段 圖像。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法，依次包 括前去噪階段、重建階段和后去噪階段，
[0009] 所述前去噪階段和后去噪階段，分別包括如下步驟，
[0010]步驟1.1，首先獲取η個(gè)譜段圖像，前去噪階段是利用接觸式圖像傳感器獲取η個(gè)譜 段圖像，后去噪階段是利用重建階段所得所有譜段的處理后的完整圖像；
[0011]步驟1.2,對(duì)每一個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行處理，將單譜段圖像切分成mXm像素的小 塊，同時(shí)相鄰小塊間有s像素的重疊區(qū)域，m和s為預(yù)設(shè)的取值；
[0012] 步驟1.3,非局部自相似塊搜索，包括對(duì)每一個(gè)小塊尋找同譜段中以該小塊為中心 的W X W像素區(qū)域中的k個(gè)最相似的小塊，k為預(yù)設(shè)的取值；
[0013] 步驟1.4,將k個(gè)最相似小塊的列向量形式^…處串接起來形成圖像矩陣^己為 XkXM，對(duì)圖像矩陣XkXM進(jìn)行奇異值分解得到特征值λ、特征向量μ以及特征矩陣U;對(duì)特征值進(jìn) 行降序排列，保留前r個(gè)較大的特征值使得特征根的能量積值參數(shù)大于預(yù)設(shè)閾值;將特征矩 陣與保留的特征值相乘得到去噪后的圖像矩陣VkXM;
[0014] 步驟1.5,將圖像矩陣X^xm中的小塊恢復(fù)至對(duì)應(yīng)位置，并拼成完整的圖像，對(duì)于重 疊部分的圖像取各小塊重疊部位像素灰度值的平均值；
[0015] 所述重建階段包括如下步驟，
[0016] 步驟2.1，設(shè)圖像縱向是接觸式圖像傳感器與被攝物之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，首 先輸入接觸式圖像傳感器多譜段圖像，然后對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，根據(jù)傳感器發(fā) 光順序?qū)Ζ莻€(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序；
[0017] 步驟2.2,將各個(gè)譜段圖像切分為小塊圖像，對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分別處理， 對(duì)單譜段圖像切分成a X a像素的小塊，a為η的整數(shù)倍，
[0018] 步驟2.3,將η個(gè)譜段圖像的同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，則
[0019] C={ci，C2，."，cn}
[0020] 所述Cl為第i個(gè)譜段的圖像小塊；
[0021 ]對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，記為H，則
[0022] H={hi,h2,---,hn}
[0023] 所述lu為第i個(gè)譜段圖像小塊的直方圖分布向量；
[0024]步驟2.4,對(duì)η個(gè)譜段同一位置的圖像塊依次處理，處理第i個(gè)譜段的圖像塊(^時(shí)， 將其它η-I個(gè)譜段的圖像塊進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的圖像塊的直方 圖范圍一致;直方圖拉伸使用如下公式，
[0025]
[0026]所述Cj為其余η-I個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，j為Cj的拉伸結(jié)果，maxi和maxj分 另ll為ci和cj中的最大灰度級(jí)，miru和minj分別為ci和cj中的最小灰度級(jí);最終得到關(guān)于第i個(gè) 譜段的處理后圖像塊集合，記為C i，則
[0027] C7 i = {c71,C7 2, . . . ,Ci, . . .
[0028] 步驟2.5,對(duì)處理后圖像塊集合1進(jìn)行處理，取第1個(gè)圖像小塊中的第（1+nXd) 行，將取出的各行按順序拼接在一起，得到處理后的第i個(gè)譜段的圖像小塊，1 = 1，2,…，n，d 為使（1+n X d)不大于a的任意整數(shù)；
[0029]步驟2.6,將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜段的處理 后的完整圖像。
[0030]而且，n = 3。
[0031] 而且，步驟2.1中，對(duì)各譜段圖像每?jī)尚兄g進(jìn)行線性插值處理，其縱向分辨率增 大為原圖的η倍，并保證第i個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于放大圖像的第(i+nXd)行，d=l， 2,…，N，N為原圖行像素?cái)?shù)。
[0032] 本發(fā)明相應(yīng)提供一種基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建系統(tǒng)，包括前去噪 模塊、重建模塊和后去噪模塊，
[0033] 所述前去噪模塊和后去噪模塊，分別包括如下單元，
[0034]第一單元，用于首先獲取η個(gè)譜段圖像，前去噪模塊的第一單元是利用接觸式圖像 傳感器獲取η個(gè)譜段圖像，后去噪模塊的第一單元是利用重建模塊所得所有譜段的處理后 的完整圖像；
[0035] 第二單元，用于對(duì)每一個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行處理，將單譜段圖像切分成mXm像 素的小塊，同時(shí)相鄰小塊間有s像素的重疊區(qū)域，m和s為預(yù)設(shè)的取值；
[0036] 第三單元，用于非局部自相似塊搜索，包括對(duì)每一個(gè)小塊尋找同譜段中以該小塊 為中心的W X W像素區(qū)域中的k個(gè)最相似的小塊，k為預(yù)設(shè)的取值；
[0037] 第四單元，用于將k個(gè)最相似小塊的列向量形式Χ1、Χ2···Χ1?串接起來形成圖像矩陣， 記為XkXM，對(duì)圖像矩陣XkXM進(jìn)行奇異值分解得到特征值λ、特征向量μ以及特征矩陣U;對(duì)特征 值進(jìn)行降序排列，保留前r個(gè)較大的特征值使得特征根的能量積值參數(shù)大于預(yù)設(shè)閾值;將特 征矩陣與保留的特征值相乘得到去噪后的圖像矩陣X' kxM;
[0038] 第五單元，用于將圖像矩陣X'kxM中的小塊恢復(fù)至對(duì)應(yīng)位置，并拼成完整的圖像，對(duì) 于重疊部分的圖像取各小塊重疊部位像素灰度值的平均值；
[0039]所述重建模塊包括如下子單元，
[0040] 第一子單元，用于設(shè)圖像縱向是接觸式圖像傳感器與被攝物之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的 方向，首先輸入接觸式圖像傳感器多譜段圖像，然后對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，根據(jù)傳 感器發(fā)光順序?qū)Ζ莻€(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序；
[0041] 第二子單元，用于將各個(gè)譜段圖像切分為小塊圖像，對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分 別處理，對(duì)單譜段圖像切分成a X a像素的小塊，a為η的整數(shù)倍，
[0042]第三子單元，用于將η個(gè)譜段圖像的同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，則
[0043] C={ci，C2，...，cn}
[0044] 所述Cl為第i個(gè)譜段的圖像小塊；
[0045] 對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，記為H，則
[0046] H={hi，h2，H.，hn}
[0047] 所述hi為第i個(gè)譜段圖像小塊的直方圖分布向量；
[0048] 第四子單元，用于對(duì)η個(gè)譜段同一位置的圖像塊依次處理，處理第i個(gè)譜段的圖像 塊(^時(shí)，將其它η-I個(gè)譜段的圖像塊進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的圖像 塊的直方圖范圍一致;直方圖拉伸使用如下公式，
[0049]
[0050]所述Cj為其余η-I個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，j為Cj的拉伸結(jié)果，maxi和maxj分 另ll為ci和cj中的最大灰度級(jí)，miru和minj分別為ci和cj中的最小灰度級(jí);最終得到關(guān)于第i個(gè) 譜段的處理后圖像塊集合，記為C i，則
[0051 ] C' i = {V 1，C' 2, · · ·，Ci，· · ·，C' η}
[0052]第五子單元，用于對(duì)處理后圖像塊集合(/1進(jìn)行處理，取第1個(gè)圖像小塊中的第（1+ nXd)行，將取出的各行按順序拼接在一起，得到處理后的第i個(gè)譜段的圖像小塊，1 = 1， 2,…，n，d為使（Ι+nXd)不大于a的任意整數(shù)；
[0053]第六子單元，用于將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜 段的處理后的完整圖像。
[0054] 而且，n = 3。
[0055] 而且，第一子單元中，對(duì)各譜段圖像每?jī)尚兄g進(jìn)行線性插值處理，其縱向分辨率 增大為原圖的η倍，并保證第i個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于放大圖像的第(i+nXd)行，d = 1，2,…，N，N為原圖行像素?cái)?shù)。
[0056] 本發(fā)明為一種關(guān)于接觸式圖像傳感器多譜段圖像的重建技術(shù)方案，對(duì)接觸式圖像 傳感器多個(gè)譜段的圖像進(jìn)行重建，最終獲得所處理譜段的更高分辨率圖像，計(jì)算量小，便于 硬件快速實(shí)現(xiàn)，圖像重建效果好，實(shí)時(shí)性好。
[0057]本發(fā)明的有益效果是：
[0058] 1、可以充分利用接觸式圖像傳感器多譜段圖像的各譜段信息，并提高所有譜段圖 像的縱向分辨率；
[0059] 2、重建過程僅需進(jìn)行線性映射，效率高；
[0060] 3、適用性好。
【附圖說明】
[0061] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于接觸式圖像傳感器多譜段圖像重建方法流程圖。
[0062] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的重建過程中當(dāng)n = 3，j = 2的情況下第1譜段和第3譜段的示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 為了能更清晰地理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說 明。
[0064]本發(fā)明實(shí)施例的整個(gè)重建過程包括前去噪階段、重建階段、后去噪階段三個(gè)步驟： 其中，前去噪階段和后去噪階段，兩去噪階段過程相同，去噪過程包括:圖像分塊、非局部自 相似塊搜索、奇異值分解去噪、圖像塊拼合;重建過程包括:圖像分塊、對(duì)各譜段圖像塊進(jìn)行 直方圖拉伸、圖像塊拼合。
[0065]如圖1，本發(fā)明實(shí)施例首先獲取接觸式圖像傳感器采集的包含紅綠藍(lán)3個(gè)譜段的圖 像，利用SVD方法對(duì)其進(jìn)行去噪處理，得到無噪的3譜段圖像;然后對(duì)各段圖像切塊，對(duì)于同 一位置的3譜段圖像小塊，利用直方圖范圍拉伸分別重建各小塊，將所有小塊按原順序拼合 在一起后得到重建后的3譜段圖像;最后利用SVD方法對(duì)3個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行去噪處理， 消除重建中引入的噪聲，得到無噪的重建后3譜段圖像。
[0066]實(shí)施例具體的實(shí)施方式如下：
[0067] 一、前去噪階段：
[0068]前去噪階段包括如下步驟：
[0069] 步驟1.1:首先利用接觸式圖像傳感器獲取η個(gè)譜段圖像:實(shí)施例中n = 3,即利用接 觸式圖像傳感器獲取3個(gè)譜段圖像；
[0070] 具體實(shí)施時(shí)，η的取值根據(jù)情況而定，例如還可能有紅外、紫外等譜段；
[0071] 步驟1.2:對(duì)每一個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行處理，將單譜段圖像切分成mXm像素的小 塊，同時(shí)相鄰小塊間有s像素的重疊區(qū)域;具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行設(shè)定m和s的 取值；
[0072] 步驟1.3:非局部自相似塊搜索:對(duì)每一個(gè)小塊尋找其同譜段中以該小塊為中心的 W X W像素區(qū)域中的k個(gè)最相似的小塊，相似度通過歐幾里得距離進(jìn)行度量，其計(jì)算方法如 下：
[0073]
[0074] ^^，1個(gè)^力」而安/艾里仰1認(rèn)/艾即^丨、1^像小塊的列向量形式七為1小塊的第1個(gè) 像素點(diǎn)，yi為y小塊的第i個(gè)像素點(diǎn)，Μ為一個(gè)小塊的總像素?cái)?shù)，M=m X m;具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可自行設(shè)定k的取值；
[0075] 步驟1.4:將k個(gè)最相似小塊的列向量形式^、^…處串接起來形成圖像矩陣^己為 XkXM，則
[0076] XkXM= [XlX2."Xk]
[0077] 對(duì)圖像矩陣XkxMX進(jìn)行SVD分解(奇異值分解)得到特征值λ、特征向量μ以及特征矩 陣U;對(duì)特征值進(jìn)行降序排列，保留前r個(gè)較大的特征值使得特征根的能量積值參數(shù)大于預(yù) 設(shè)閾值，具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行設(shè)定取值，建議取值范圍在80 %到95 %之間， 例如90%;將特征矩陣與保留的r個(gè)特征值相乘得到去噪后的圖像矩陣X^xm;
[0078] 步驟1.5:將圖像矩陣X^xm中的小塊恢復(fù)至對(duì)應(yīng)位置，并拼成完整的圖像，對(duì)于重 疊部分的圖像取各小塊重疊部位像素灰度值的平均值。
[0079]二、重建階段
[0080]重建階段包括如下步驟：
[0081]步驟2.1:首先設(shè)圖像縱向是接觸式圖像傳感器與被攝物之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方 向，輸入接觸式圖像傳感器多譜段圖像，參見圖1中S101，如果將相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向設(shè)為橫向，處 理方式等同，后續(xù)進(jìn)行橫向插值和列合并即可；
[0082]然后對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，參見圖1中S102:
[0083] 根據(jù)傳感器發(fā)光順序?qū)Ζ莻€(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序，對(duì)η個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分別處 理，對(duì)單譜段圖像每?jī)尚兄g進(jìn)行線性插值處理，使其縱向分辨率增大為原圖的η倍，對(duì)第i 個(gè)譜段的圖像，原圖的第1行位于處理后圖像的第j行，若j>i，則刪除前(j_i)行，并在最后1 行之后復(fù)制（j_i)次最后1行，若j〈i，則在第1行之前復(fù)制（i _ j)次第一行并刪除最后（i_j) 行，使得第i個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于處理后圖像的第（i+nXd)行，d = l，2,…，D，D為 原圖行像素?cái)?shù)，從而保證重建圖像時(shí)每一行圖像都能對(duì)應(yīng)一個(gè)譜段的原始數(shù)據(jù);見圖2當(dāng)η =3, j = 2的情況下第1譜段和第3譜段的示意圖。
[0084] 實(shí)施例根據(jù)傳感器發(fā)光順序?qū)?個(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序，本實(shí)施例中傳感器發(fā)光 順序?yàn)榧t、藍(lán)、綠，對(duì)3個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分別處理，對(duì)單譜段圖像每?jī)尚兄g進(jìn)行線性插值 處理，使其縱向分辨率增大為原圖的3倍，并保證第i個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于放大圖 像的第（i+nXd)行，d = l，2,…，N，N為原圖行像素?cái)?shù)；
[0085]參見圖2,設(shè)n = 3，j = 2的情況下第1譜段和第3譜段的示意圖，N行經(jīng)插值處理后變 為3N行，以第1譜段為例，第一幅為原圖，第二幅是插值后的圖像，第三幅是做復(fù)制和刪除操 作以后的圖像，原圖的第1行位于處理后圖像的第2行，因?yàn)閖>i，則刪除第1行，并在最后1行 之后復(fù)制（j-i)次最后1行，使得第1個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于處理后圖像的第（l+3d) 行，d=l，2,…，N，N為原圖行像素?cái)?shù)，如第1譜段處理后處于，從而保證重建圖像時(shí)每一行圖 像都能對(duì)應(yīng)一個(gè)譜段的原始數(shù)據(jù)。
[0086]步驟2.2:將各個(gè)譜段圖像切分為小塊圖像，參見圖1中S103:對(duì)每一個(gè)譜段的圖像 進(jìn)行分別處理，對(duì)單譜段圖像切分成a Xa像素的小塊，a為η的整數(shù)倍：X [0087]實(shí)施例中a = 6,即對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分別處理，對(duì)單譜段圖像切分成6X6 像素的小塊。
[0088] 步驟2.3:對(duì)每個(gè)小塊圖像計(jì)算其直方圖分布，參見圖1中S104:將η個(gè)譜段圖像的 同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，則
[0089] C={ci,C2,---,Cn}
[0090] 所述Cl為第i個(gè)譜段的圖像小塊;對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布 集合，記為Η，則
[0091] H={hi，h2，."，hn}
[0092] 所述lu為第i個(gè)譜段圖像小塊的直方圖分布向量。
[0093] 實(shí)施例中，將3個(gè)譜段圖像的同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，為便于標(biāo)記起 見，下標(biāo)直接采用R、G、B，則
[0094] C={cr，cb，cg}
[0095] 其中CR為紅光譜段的圖像小塊，CB為藍(lán)光譜段的圖像小塊，CC為綠光譜段的圖像小 塊;對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，記為Η，則
[0096] H={hR，hB，hc}
[0097] 其中hR為紅光譜段圖像小塊的直方圖分布向量，hB為藍(lán)光譜段圖像小塊的直方圖 分布向量，he為綠光譜段圖像小塊的直方圖分布向量。
[0098]步驟2.4:對(duì)η個(gè)譜段的圖像塊同一位置的依次處理，處理第i個(gè)譜段的圖像塊(^ 時(shí)，將其它η-I個(gè)譜段的圖像塊進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的圖像塊的 直方圖范圍一致;直方圖拉伸使用如下公式：
[0099]
[0?00]所述Cj為其余n-ι個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，j為Cj的拉伸結(jié)果，maxi和maxj分 另ll為ci和cj中的最大灰度級(jí)，miru和minj分別為ci和cj中的最小灰度級(jí);最終得到關(guān)于第i個(gè) 譜段的處理后圖像塊集合，記為C i，則
[0101 ] C7 i = {c7 1,07 2, ··· ,Ci, ··· ,C7 η}
[0102]實(shí)施例對(duì)3個(gè)譜段的圖像塊依次處理，以紅光譜段圖像塊CR的重建為例，將藍(lán)光譜 段的圖像塊cb和綠光譜段的圖像塊cc分別進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與紅光譜段圖 像塊CR的直方圖范圍一致;直方圖拉伸使用如下公式：
[0103]
[0104]其中Cj為其余n-1個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，maxi和maxj分別為Ci和Cj中的最大 灰度級(jí)，miru和minj分別為ci和cj中的最小灰度級(jí)；
[0105] 其中，j = l，2,3,分別代表紅光譜段、藍(lán)光譜段、綠光譜段；以j = l為例，最終得到 關(guān)于紅光譜段的處理后圖像塊集合，記為C'r，則
[0106] C/r={cr,c/g,c/b}
[0107] 其中，所述CR為紅光譜段的小塊，b為綠光譜段的小塊、藍(lán)光譜段的小塊的拉 伸結(jié)果。
[0108] 步驟2.5:圖像塊拼合:對(duì)處理后圖像塊集合(:^進(jìn)行處理，取第1個(gè)圖像小塊中的 第（1+nXd)行（1 = 1，2,…，n，d為使（1+nXd)不大于a的任意整數(shù)），將取出的各行按順序拼 接在一起，即得處理后的第i個(gè)譜段的圖像小塊：
[0109] 實(shí)施例中，以紅光譜段圖像塊CR的重建為例，對(duì)處理后圖像塊集合C'R進(jìn)行處理，取 cr中的第1、4行，6中的第2、5行，A中的第3、6行，將6行按原順序拼接在一起，即得到處理 后的紅光譜段的圖像小塊。
[0110] 步驟2.6:將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜段的處理 后的完整圖像。
[0111] 具體實(shí)施時(shí)，步驟2.4~2.6可針對(duì)各頻段依次進(jìn)行，參見圖1中S105~S109。包括 以下步驟：
[0112] 選擇一個(gè)譜段進(jìn)行重建，處理該譜段的某圖像塊(^時(shí)，將其它η-I個(gè)譜段的圖像塊 進(jìn)行直方圖拉伸，即根據(jù)像素灰度做線性映射，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的待處理圖像 塊的直方圖范圍一致；
[0113] 對(duì)同一位置的所有譜段小塊圖像，取其反應(yīng)真實(shí)數(shù)據(jù)的一行，按譜段的發(fā)光順序 拼接在一起，得到重建后的待處理譜段圖像小塊；
[0114] 將重建后的圖像小塊按原順序拼接在一起，得到重建后的特定譜段圖像；
[0115] 判斷是否所有譜段全部重建完畢，是則輸出重建后的接觸式傳感器多譜段高分辨 率圖像，否則返回選下一個(gè)譜段進(jìn)行重建。
[0116] 三、后去噪階段
[0117] 再次執(zhí)行步驟1.1~步驟1.5,即可完成后去噪階段。唯一區(qū)別在于，步驟1.1是根 據(jù)步驟2所得所有譜段的處理后的完整圖像。
[0118] 具體實(shí)施時(shí)，本發(fā)明所提供方法可基于軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行流程，也可采用模 塊化方式實(shí)現(xiàn)相應(yīng)系統(tǒng)。
[0119] 本發(fā)明相應(yīng)提供一種基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建系統(tǒng)，包括前去噪 模塊、重建模塊和后去噪模塊，
[0120] 所述前去噪模塊和后去噪模塊，分別包括如下單元，
[0121] 第一單元，用于首先獲取η個(gè)譜段圖像，前去噪模塊的第一單元是利用接觸式圖像 傳感器獲取η個(gè)譜段圖像，后去噪模塊的第一單元是利用重建模塊所得所有譜段的處理后 的完整圖像；
[0122] 第二單元，用于對(duì)每一個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行處理，將單譜段圖像切分成mXm像 素的小塊，同時(shí)相鄰小塊間有S像素的重疊區(qū)域，m和S為預(yù)設(shè)的取值；
[0123] 第三單元，用于非局部自相似塊搜索，包括對(duì)每一個(gè)小塊尋找同譜段中以該小塊 為中心的W X W像素區(qū)域中的k個(gè)最相似的小塊，k為預(yù)設(shè)的取值；
[0124] 第四單元，用于將k個(gè)最相似小塊的列向量形式Χ1、Χ2···Χ1?串接起來形成圖像矩陣， 記為XkXM，對(duì)圖像矩陣XkXM進(jìn)行奇異值分解得到特征值λ、特征向量μ以及特征矩陣U;對(duì)特征 值進(jìn)行降序排列，保留前r個(gè)較大的特征值使得特征根的能量積值參數(shù)大于預(yù)設(shè)閾值;將特 征矩陣與保留的特征值相乘得到去噪后的圖像矩陣X' kxM;
[0125] 第五單元，用于將圖像矩陣X'kxM中的小塊恢復(fù)至對(duì)應(yīng)位置，并拼成完整的圖像，對(duì) 于重疊部分的圖像取各小塊重疊部位像素灰度值的平均值；
[0126] 所述重建模塊包括如下子單元，
[0127] 第一子單元，用于設(shè)圖像縱向是接觸式圖像傳感器與被攝物之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的 方向，首先輸入接觸式圖像傳感器多譜段圖像，然后對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，根據(jù)傳 感器發(fā)光順序?qū)Ζ莻€(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序；
[0128] 第二子單元，用于將各個(gè)譜段圖像切分為小塊圖像，對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分 別處理，對(duì)單譜段圖像切分成a X a像素的小塊，a為η的整數(shù)倍，
[0129] 第三子單元，用于將η個(gè)譜段圖像的同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，則
[0130] C={ci，C2，."，cn}
[0131] 所述Cl為第i個(gè)譜段的圖像小塊；
[0132] 對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，記為H，則
[0133] H={hi,h2,---,hn}
[0134] 所述lu為第i個(gè)譜段圖像小塊的直方圖分布向量；
[0135] 第四子單元，用于對(duì)η個(gè)譜段同一位置的圖像塊依次處理，處理第i個(gè)譜段的圖像 塊(^時(shí)，將其它η-I個(gè)譜段的圖像塊進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的圖像 塊的直方圖范圍一致;直方圖拉伸使用如下公式，
[0136]
[0137]所述Cj為其余η-I個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，j為Cj的拉伸結(jié)果，maxi和maxj分 另ll為ci和cj中的最大灰度級(jí)，miru和minj分別為ci和cj中的最小灰度級(jí);最終得到關(guān)于第i個(gè) 譜段的處理后圖像塊集合，記為C i，則
[0138] C7 i = {c71,〇7 2, ··· ,Ci, ··· ,c7 η}
[0139] 第五子單元，用于對(duì)處理后圖像塊集合1進(jìn)行處理，取第1個(gè)圖像小塊中的第（1+ nXd)行，將取出的各行按順序拼接在一起，得到處理后的第i個(gè)譜段的圖像小塊，1 = 1， 2,…，n，d為使（Ι+nXd)不大于a的任意整數(shù)；
[0140] 第六子單元，用于將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜 段的處理后的完整圖像。
[0141] 各模塊具體實(shí)現(xiàn)可參見相應(yīng)步驟，本發(fā)明不予贅述。
[0142] 上述實(shí)施例并不代表本發(fā)明的全部應(yīng)用。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的 各種變化、修改，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法，其特征在于：依次包括前去噪 階段、重建階段和后去噪階段， 所述前去噪階段和后去噪階段，分別包括如下步驟， 步驟1.1，首先獲取η個(gè)譜段圖像，前去噪階段是利用接觸式圖像傳感器獲取η個(gè)譜段圖 像，后去噪階段是利用重建階段所得所有譜段的處理后的完整圖像； 步驟1.2,對(duì)每一個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行處理，將單譜段圖像切分成mXm像素的小塊， 同時(shí)相鄰小塊間有S像素的重疊區(qū)域，m和S為預(yù)設(shè)的取值； 步驟1.3,非局部自相似塊捜索，包括對(duì)每一個(gè)小塊尋找同譜段中W該小塊為中屯、的W XW像素區(qū)域中的k個(gè)最相似的小塊，k為預(yù)設(shè)的取值； 步驟1.4,將k個(gè)最相似小塊的列向量形式xi、X2'''xk串接起來形成圖像矩陣，記為XkxM， 對(duì)圖像矩陣XkXM進(jìn)行奇異值分解得到特征值λ、特征向量μΚ及特征矩陣U;對(duì)特征值進(jìn)行降 序排列，保留前r個(gè)較大的特征值使得特征根的能量積值參數(shù)大于預(yù)設(shè)闊值;將特征矩陣與 保留的特征值相乘得到去噪后的圖像矩陣X^kXM; 步驟1.5,將圖像矩陣X^kxM中的小塊恢復(fù)至對(duì)應(yīng)位置，并拼成完整的圖像，對(duì)于重疊部 分的圖像取各小塊重疊部位像素灰度值的平均值； 所述重建階段包括如下步驟， 步驟2.1，設(shè)圖像縱向是接觸式圖像傳感器與被攝物之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向，首先輸 入接觸式圖像傳感器多譜段圖像，然后對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，根據(jù)傳感器發(fā)光順 序?qū)Ζ莻€(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序； 步驟2.2,將各個(gè)譜段圖像切分為小塊圖像，對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分別處理，對(duì)單 譜段圖像切分成a X a像素的小塊，a為η的整數(shù)倍， 步驟2.3，將η個(gè)譜段圖像的同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，則 C= kl,C2, ... ,Cn} 所述Cl為第i個(gè)譜段的圖像小塊； 對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，記為Η，則 Η=化l，h2，...，hn} 所述hi為第i個(gè)譜段圖像小塊的直方圖分布向量； 步驟2.4,對(duì)η個(gè)譜段同一位置的圖像塊依次處理，處理第i個(gè)譜段的圖像塊Cl時(shí)，將其它 n-1個(gè)譜段的圖像塊進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的圖像塊的直方圖范圍 一致;直方圖拉伸使用如下公式，所述cj為其余n-1個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，c'j為cj的拉伸結(jié)果，maxi和maxj分別為 Ci和Cj中的最大灰度級(jí)，mini和minj分別為Ci和Cj中的最小灰度級(jí);最終得到關(guān)于第i個(gè)譜段 的處理后圖像塊集合，記為C/ 1，則 C' i= k' 1, C' 2 , ,Ci , , C' η} 步驟2.5,對(duì)處理后圖像塊集合(/1進(jìn)行處理，取第1個(gè)圖像小塊中的第（1+nXd)行，將取 出的各行按順序拼接在一起，得到處理后的第i個(gè)譜段的圖像小塊，1 = 1，2,…，n，d為使(1+ nXd)不大于a的任意整數(shù)； 步驟2.6,將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜段的處理后的 完整圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法，其特征在于:n =3。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建方法，其特征在 于:步驟2.1中，對(duì)各譜段圖像每?jī)尚兄g進(jìn)行線性插值處理，其縱向分辨率增大為原圖的η 倍，并保證第i個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于放大圖像的第（i+nXd)行，d = l，2,…，Ν，Ν為 原圖行像素?cái)?shù)。4. 一種基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建系統(tǒng)，其特征在于:包括前去噪模塊、 重建模塊和后去噪模塊， 所述前去噪模塊和后去噪模塊，分別包括如下單元， 第一單元，用于首先獲取η個(gè)譜段圖像，前去噪模塊的第一單元是利用接觸式圖像傳感 器獲取η個(gè)譜段圖像，后去噪模塊的第一單元是利用重建模塊所得所有譜段的處理后的完 整圖像； 第二單元，用于對(duì)每一個(gè)譜段的圖像分別進(jìn)行處理，將單譜段圖像切分成mXm像素的 小塊，同時(shí)相鄰小塊間有S像素的重疊區(qū)域，m和S為預(yù)設(shè)的取值； 第Ξ單元，用于非局部自相似塊捜索，包括對(duì)每一個(gè)小塊尋找同譜段中W該小塊為中 屯、的WXW像素區(qū)域中的k個(gè)最相似的小塊，k為預(yù)設(shè)的取值； 第四單元，用于將k個(gè)最相似小塊的列向量形式串接起來形成圖像矩陣，記為 XkXM，對(duì)圖像矩陣XkXM進(jìn)行奇異值分解得到特征值λ、特征向量μΚ及特征矩陣U;對(duì)特征值進(jìn) 行降序排列，保留前r個(gè)較大的特征值使得特征根的能量積值參數(shù)大于預(yù)設(shè)闊值;將特征矩 陣與保留的特征值相乘得到去噪后的圖像矩陣X^kXM; 第五單元，用于將圖像矩陣χ/kxM中的小塊恢復(fù)至對(duì)應(yīng)位置，并拼成完整的圖像，對(duì)于重 疊部分的圖像取各小塊重疊部位像素灰度值的平均值； 所述重建模塊包括如下子單元， 第一子單元，用于設(shè)圖像縱向是接觸式圖像傳感器與被攝物之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方 向，首先輸入接觸式圖像傳感器多譜段圖像，然后對(duì)各個(gè)譜段圖像縱向插值放大，根據(jù)傳感 器發(fā)光順序?qū)Ζ莻€(gè)譜段的圖像進(jìn)行排序； 第二子單元，用于將各個(gè)譜段圖像切分為小塊圖像，對(duì)每一個(gè)譜段的圖像進(jìn)行分別處 理，對(duì)單譜段圖像切分成a X a像素的小塊，a為η的整數(shù)倍， 第Ξ子單元，用于將η個(gè)譜段圖像的同一位置的小塊形成一個(gè)集合，記為C，則 C= {>1,02, ... ,Cn} 所述Cl為第i個(gè)譜段的圖像小塊； 對(duì)每一個(gè)小塊求其直方圖分布，得到直方圖分布集合，記為Η，則 Η=化I,h2,... ,hn} 所述hi為第i個(gè)譜段圖像小塊的直方圖分布向量； 第四子單元，用于對(duì)η個(gè)譜段同一位置的圖像塊依次處理，處理第i個(gè)譜段的圖像塊Cl 時(shí)，將其它n-1個(gè)譜段的圖像塊進(jìn)行直方圖拉伸，使其直方圖范圍與第i個(gè)譜段的圖像塊的 直方圖范圍一致;直方圖拉伸使用如下公式，所述Cj為其余n-1個(gè)譜段中的第j個(gè)譜段的小塊，c'j為Cj的拉伸結(jié)果，maxi和maxj分別為 Ci和Cj中的最大灰度級(jí)，mini和minj分別為Ci和Cj中的最小灰度級(jí);最終得到關(guān)于第i個(gè)譜段 的處理后圖像塊集合，記為C/ 1，則 C' i= k' 1, C' 2 , ,Ci , , C' η} 第五子單元，用于對(duì)處理后圖像塊集合C^i進(jìn)行處理，取第1個(gè)圖像小塊中的第（1+nXd) 行，將取出的各行按順序拼接在一起，得到處理后的第i個(gè)譜段的圖像小塊，1 = 1，2,…，n，d 為使(1+n X d)不大于a的任意整數(shù)； 第六子單元，用于將同譜段的處理后的圖像小塊按原順序拼在一起，得到所有譜段的 處理后的完整圖像。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建系統(tǒng)，其特征在于:n 二 3 〇6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述基于接觸式圖像傳感器的多譜段圖像重建系統(tǒng)，其特征在 于:第一子單元中，對(duì)各譜段圖像每?jī)尚兄g進(jìn)行線性插值處理，其縱向分辨率增大為原圖 的η倍，并保證第i個(gè)譜段的圖像的原始數(shù)據(jù)位于放大圖像的第(i+nXd)行，d=l，2,…，N，N 為原圖行像素?cái)?shù)。
【文檔編號(hào)】G06T3/40GK105976316SQ201610270348
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】周嚴(yán), 鹿璇
【申請(qǐng)人】武漢卓目科技有限公司