尋找離焦模糊圖像頻譜值的零點(diǎn)位置灰來(lái)確定模糊參 量，即這個(gè)離焦彌散盤(pán)的直徑是由物距、焦距、像距和光學(xué)系統(tǒng)光圈的大小共同決定的。圓 盤(pán)離焦模型用公式表示如下：
式中，是離焦斑半徑。式⑷為丨_1 的傅里葉變換：
式中，
是圓對(duì)稱的，它的第一個(gè)零點(diǎn)的軌跡形成一個(gè)圓。該圓的 半徑記為^:。則用式（5)表示：
其中勸模型離焦參量，需要根據(jù)近視患者雙目分別看清楚圖像邊緣清晰的位置確 定。分別確定了左右眼的圓盤(pán)離焦模型參量對(duì)舌，由公式（4)就確定了近視患者雙目光學(xué) 系統(tǒng)的離焦尸57植，進(jìn)一步采用維納濾波的方法根據(jù)公式（2)即可得到預(yù)處理立體圖像對(duì)； 預(yù)處理的圖像需要經(jīng)過(guò)高動(dòng)態(tài)范圍壓縮的算法壓縮至原圖像動(dòng)態(tài)范圍中；再通過(guò)計(jì)算機(jī)的 立體播放器將預(yù)處理的左右眼圖像對(duì)分別呈現(xiàn)在近視患者眼前，即可融合成清晰的立體圖 像。本發(fā)明關(guān)鍵技術(shù)在于近視人眼的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（尸570的測(cè)定以及離焦模糊圖像維納濾波 算法的實(shí)現(xiàn)。
[0012] 人眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)既能表達(dá)眼球成像的各種光學(xué)特性，又體現(xiàn)了像差、衍射和散射 的共同影響因素，客觀的評(píng)定了人眼成像質(zhì)量。當(dāng)人眼近似于一個(gè)線性移不變系統(tǒng)時(shí)，一幅 清晰的圖像經(jīng)過(guò)近視患者的眼球的過(guò)程即相當(dāng)于卷積（Convolution) 了該患者眼球光學(xué)系 統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)過(guò)程，呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜上的像是模糊的。根據(jù)圖像處理中離焦圖像濾波和復(fù) 原的相關(guān)知識(shí)及人眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)理論，本專利將顯示器上清晰的雙目數(shù)字立體圖像在未經(jīng) 人眼之前，與計(jì)算出的近視人眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行維納濾波反卷積（De-convolution)運(yùn)算， 即將清晰立體圖像進(jìn)行卷積逆運(yùn)算，再經(jīng)過(guò)高動(dòng)態(tài)范圍壓縮的算法壓縮至原圖像動(dòng)態(tài)范圍 的預(yù)處理，預(yù)處理后的立體圖像分別進(jìn)入近視患者左右眼球光學(xué)系統(tǒng)卷積后，在人腦中便 融合成了具有深度感知的清晰的立體圖像，同時(shí)也達(dá)到了近視患者摘下眼鏡觀看立體圖像 的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為圓盤(pán)離焦模型幾何光路圖； 圖2為近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)步驟之估計(jì)近視患者的PSF值； 圖3為近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)步驟之根據(jù)PSF值進(jìn)行圖像預(yù)處理； 圖4為維納濾波圖像處理程序界面之矩陣值取0. 3 ; 圖5為維納濾波圖像處理程序界面之矩陣值取0. 6 ; 圖6為維納濾波圖像處理程序界面之矩陣值取0. 9。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明專利。
[0015] 第1步：近視患者左右眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)值的（尸570估計(jì) 在現(xiàn)有的離焦模糊圖像復(fù)原方法中，常常采用圓盤(pán)離焦模型或高斯離焦模型來(lái)近似 離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。圓盤(pán)離焦模型是在忽略光的波動(dòng)性，假設(shè)光是沿直線傳播的前提下提 出的一種近似模型。在現(xiàn)有采用模型的離焦模糊圖像復(fù)原方法中，只要確定出離焦模糊圖 像的模型參量就可以估算出離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，然后利用維納濾波的方法就可得到復(fù)原圖 像。離焦模型參量可以在空域中得到，也可以在頻域中確定。頻域中則是通過(guò)尋找離焦模 糊圖像頻譜值的零點(diǎn)位置來(lái)確定模糊參量，即這個(gè)離焦彌散盤(pán)的直徑是由物距、焦距、像距 和光學(xué)系統(tǒng)光圈的大小共同決定的。圓盤(pán)離焦模型用公式表示如下：
式中，礙離焦斑半徑。式（6)為:_^:_:的傅里葉變換：
式中，
：是圓對(duì)稱的，它的第一個(gè)零點(diǎn)的軌跡形成一個(gè)圓。該圓的 半徑記為%,則用式（5)表示：
其中R為模型離焦參量，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)根據(jù)離焦模糊圖像確定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中近視患者 在選定適當(dāng)?shù)木嚯x看清楚圓盤(pán)邊緣清晰，由此確定了圓盤(pán)離焦模型參量R后，由公式（8)就 確定了離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。
[0016] 第2步：維納濾波器將原始圖像與估計(jì)出的PSF值進(jìn)行去卷積運(yùn)算 確定了近視患者人眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)后，再采用Wiener濾波器將雙目立體圖像對(duì)進(jìn)行預(yù) 處理，其表達(dá)式為：
式中，為復(fù)原圖像頻譜，為離焦模糊圖像頻譜，為 傳輸圖像，
分別為噪聲和未失真圖像的功率譜密度，比值
起歸整化的作用，但:：
丨難以估計(jì)，可用下面的公式 來(lái)近似Wiener濾波復(fù)原：
將公式（10)通過(guò)運(yùn)用Matlab中命令對(duì)圖像進(jìn)行去卷積，也可通過(guò)將算法植入通過(guò) VC++可視化界面進(jìn)行處理，如圖3.所示為通過(guò)VC++編寫(xiě)的維納濾波圖像處理程序界面。
[0017] 第3步：將預(yù)處理圖像壓縮至原圖像動(dòng)態(tài)范圍顯示 經(jīng)過(guò)維納濾波后的預(yù)處理圖像，包含的像素最高值和最低值會(huì)超出原圖像范圍 (0~255)，對(duì)比度也會(huì)有所降低，需要將動(dòng)態(tài)范圍壓縮到源圖像0-255內(nèi)。常見(jiàn)的兩種算法 如公式（11)和公式（12)所示。具體實(shí)現(xiàn)方法可參考Matlab程序中imshow命令，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài) 范圍壓縮處理后的圖像壓縮至原圖像動(dòng)態(tài)范圍中，即可與原圖像一致正常顯示，
第4步：將處理后的立體圖像對(duì)通過(guò)立體設(shè)備生成立體感知 本專利顯示實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)人眼視覺(jué)中的雙目視差原理而設(shè)計(jì)。雙目視差是由于兩眼在 空間中的位置和視角不同，同一景物在兩只眼睛視網(wǎng)膜上形成非常相似但又稍微不同的影 像，即雙目視網(wǎng)膜影像的不一致為了實(shí)現(xiàn)最終的立體顯示要求，根據(jù)雙目視差原理，需要將 預(yù)處理生成的左右眼圖像經(jīng)過(guò)PC機(jī)立體播放器分別顯示在對(duì)應(yīng)的微顯芯片上，經(jīng)過(guò)雙目 光學(xué)系統(tǒng)放大后，即能夠產(chǎn)生清晰的立體感知。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)PC機(jī)的設(shè)置參數(shù)為：屏幕分 辨率為800 X 600,刷新率為60Hz ;使用Stereoscopic Player 3D播放器，將預(yù)處理好的左 右眼圖像通過(guò)PC機(jī)顯卡輸出的HDMI視頻信號(hào)輸入到左右兩塊AM-OLED上；光學(xué)系統(tǒng)采用 的是美國(guó)KOPIN公司的雙目顯示模塊BDM-922K，內(nèi)嵌一對(duì)視角達(dá)32度、眼視舒解距為20mm 及可測(cè)曈孔大小為IOmm的光學(xué)組件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察者瞳距的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)雙顯示芯片之 間的距離和光學(xué)系統(tǒng)的焦距，即可實(shí)現(xiàn)近視患者不佩戴眼鏡也可獲得較佳的立體效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法，其特征在于該方法包括W下步驟： 第1步：近視患者左右眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)值的估計(jì)； 第2步：用維納濾波器將原始圖像與估計(jì)出的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)值進(jìn)行去卷積運(yùn)算； 第3步：將經(jīng)過(guò)維納濾波后的圖像壓縮至原圖像動(dòng)態(tài)范圍顯示； 第4步：將處理后的立體圖像對(duì)通過(guò)立體設(shè)備生成立體感知。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法，其特征是：第1步借助 離焦模糊圖像復(fù)原方法，采用圓盤(pán)離焦模型來(lái)近似離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；確定出離焦模糊圖 像的模型參量就可W估算出離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，然后利用維納濾波的方法得到復(fù)原圖像； 離焦模型參量在空域中得到，也可W在頻域中確定；頻域中則通過(guò)尋找離焦模糊圖像頻譜 值的零點(diǎn)位置來(lái)確定模糊參量，即運(yùn)個(gè)離焦彌散盤(pán)的直徑是由物距、焦距、像距和光學(xué)系統(tǒng) 光圈的大小共同決定的；圓盤(pán)離焦模型用公式表示如下：式中，，篆是離焦斑半佐絮隣;讀經(jīng)過(guò)傅里葉變換后為：式中，(，)抒(巧,(? )是圓對(duì)稱的，它的第一個(gè)零點(diǎn)的軌跡形成一個(gè)圓，該圓的 半徑記為茲P，..巧則可表示為：其中R為模型離焦參量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)根據(jù)離焦模糊圖像確定，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中近視患者在選 定適當(dāng)?shù)木嚯x看清楚圓盤(pán)邊緣，由此算出圓盤(pán)離焦模型參量R，從而確定離焦的點(diǎn)擴(kuò)散函 數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法，其特征是：第2步采用 維納濾波器將雙目立體圖像對(duì)進(jìn)行預(yù)處理，其表達(dá)式為：式中，:1?晦讀為復(fù)原圖像頻譜，U燃f凝殊5為離焦模糊圖像頻譜，藏贖。糸I為 傳輸圖像，_ 1?!?;和扳I分別為噪聲和未失真圖像的功率譜密度，比值起歸整化的作用，由于難W估計(jì)，故用W下公式 來(lái)近似維納濾波濾波復(fù)原：將上式通過(guò)運(yùn)用Matl油中命令對(duì)圖像進(jìn)行去卷積，也可通過(guò)將算法植入通過(guò)VC++可 視化界面進(jìn)行處理。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法，其特征是：第3步采用 W下兩種算法對(duì)經(jīng)過(guò)維納濾波后的圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理，最終將動(dòng)態(tài)范圍壓縮到原 圖像0-255內(nèi)，具體使用Matl油程序中imshow命令，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理后的圖像壓縮 至原圖像動(dòng)態(tài)范圍中，即可與原圖像一致正常顯示，5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法，其特征是：第4步根據(jù)雙 目視差原理，將預(yù)處理生成的左右眼圖像經(jīng)過(guò)PC機(jī)立體播放器分別顯示在對(duì)應(yīng)的微顯忍 片上，經(jīng)過(guò)雙目光學(xué)系統(tǒng)放大，即能夠產(chǎn)生清晰的立體感知。
【專利摘要】本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)技術(shù)中眼科學(xué)及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中數(shù)字圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法。該方法包括，第1步，近視患者左右眼點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)值的估計(jì)；第2步，用維納濾波器將原始圖像與估計(jì)出的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)值進(jìn)行去卷積運(yùn)算；第3步，將經(jīng)過(guò)維納濾波后的圖像壓縮至原圖像動(dòng)態(tài)范圍顯示；第4步，將處理后的立體圖像對(duì)通過(guò)立體設(shè)備生成立體感知。本發(fā)明提供了一種用于近視患者立體視覺(jué)增強(qiáng)的方法，使近視患者不佩戴眼鏡的情況下在顯示器上也能產(chǎn)生清晰的立體視覺(jué)。
【IPC分類】G02B27/22, H04N13/00, H04N13/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105208366
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510587952
【發(fā)明人】邰永航, 石俊生, 李瓊, 陳載清, 黃小喬, 魏利
【申請(qǐng)人】云南師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月16日