專利名稱：去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊 的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
圖像模糊一般是由于相機(jī)的散焦或是被拍攝目標(biāo)的運(yùn)動造成。模糊圖像的基本模 型是清晰圖像與模糊核進(jìn)行卷積。在模糊核已知的情況下可以通過反卷積得到，但是在實(shí) 際情況中一般模糊核是不知道，這就需要用盲反卷的方法解卷積?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是， 即便是在模糊核已知的情況下，由于其頻域存在零點(diǎn)，因此恢復(fù)出來圖像常會有明顯的振 鈴現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷，特別提出了一種去方向性高速運(yùn)動目 標(biāo)模糊的計(jì)算方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出了一種去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方 法，包括以下步驟對傳統(tǒng)相機(jī)的曝光方式進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼；用編碼曝光的方式對 方向性高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行編碼；獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)的模糊圖像，并通過壓縮約束獲 得所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像；和根據(jù)所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像 對所述模糊圖像進(jìn)行優(yōu)化解碼以去除運(yùn)動模糊。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述對傳統(tǒng)相機(jī)的曝光方式進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼進(jìn) 一步包括對可進(jìn)行編碼曝光的相機(jī)直接進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼或是通過對傳統(tǒng)相機(jī)外接 控制曝光方式硬件等來實(shí)現(xiàn)編碼曝光。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述用編碼曝光的方式對方向性高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行編 碼以獲得M個(gè)像素點(diǎn)的編碼向量組成編碼矩陣Φ = [Φ Λ Φ2Τ，…，ΦΜΤ]Τ。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述通過壓縮約束獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的 圖像進(jìn)一步包括將相機(jī)采集到的模糊圖像記為y，將所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的 圖像記為X;通過公式Y(jié)= ΦΧ獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像，其中Y= [yi，y2，…， YmI，X — [X” ‘ ”，ΧΝ] ο
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像對所述模 糊圖像進(jìn)行優(yōu)化解碼以去除運(yùn)動模糊進(jìn)一步包括建立優(yōu)化模型^ = argming(;c) s.t.Y = ΦΧ，其中，g(x)為優(yōu)化函數(shù)，s. t.為約束條件；選擇優(yōu)化函數(shù)g(x)，并求解以獲得重建后的 清晰圖像。具體地，所述優(yōu)化函數(shù)g(x)為滿足上述約束條件的采用各種I1范數(shù)下的優(yōu)化 函數(shù)，優(yōu)選地，g(x) = I I ΨtXI I1 或者 g(x) =TV(X)。
本發(fā)明利用計(jì)算攝像學(xué)的方法從采集端通過編碼曝光的方式改變運(yùn)動目標(biāo)圖像 的獲取方式，從而消除卷積核(也稱模糊核)頻域的零點(diǎn)，這樣反卷積得到的圖像就不會有 振鈴現(xiàn)象，這樣就最終達(dá)到去除目標(biāo)運(yùn)動模糊獲得清晰圖像的目的。
本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法流程圖2為本發(fā)明實(shí)施例的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算圖例說明；
圖3為傳統(tǒng)曝光方式和本發(fā)明實(shí)施例的編碼曝光方式示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例示例性的編碼方式；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的以僅有4個(gè)像素的相機(jī)為例的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法流程圖， 如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算圖例說明。該方法包括 以下步驟
步驟S101，對傳統(tǒng)相機(jī)的曝光方式進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例中，既可以對可進(jìn)行編碼曝光的相機(jī)直接進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼，也可以通過對傳統(tǒng)相 機(jī)外接控制曝光方式硬件等來實(shí)現(xiàn)編碼曝光，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員還可選擇其他的二進(jìn)制 編碼方式。如圖3所示，為傳統(tǒng)曝光方式和本發(fā)明實(shí)施例的編碼曝光方式示意圖。
步驟S102，用編碼曝光的方式對方向性高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行編碼，將被拍攝的方向 性高速運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動速度記為S像素/單位時(shí)間。如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例示例性 的編碼方式，在此假設(shè)其速度為4像素/單位時(shí)間，同時(shí)由于方向性高速運(yùn)動目標(biāo)和相機(jī)運(yùn) 動是相對的，同樣為了便于示例，在該圖中以四像素相機(jī)運(yùn)動為例。根據(jù)該圖中給出的編碼 方式，則該四像素相機(jī)中第一個(gè)像素點(diǎn)的編碼向量Φ! = [111100000000111100001111111 10000]，這樣M個(gè)像素點(diǎn)的編碼向量組成編碼矩陣Φ = [Φ Λ Φ2Τ, .··，ΦΜΤ]Τ，這就完成了 用編碼曝光的方式編碼方向性高速運(yùn)動目標(biāo)。
步驟S103，獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)的模糊圖像，并通過壓縮約束獲得所述方向 性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將相機(jī)采集到的數(shù)據(jù)記為y (模 糊圖像)，假設(shè)目標(biāo)靜止時(shí)目標(biāo)的表示記為χ。根據(jù)S102在的編碼曝光下相機(jī)采集到的數(shù) 據(jù)Y = ΦΧ，其中Y= [yi;y2,…，yM]，X= [χι;χ2,…，，這樣就通過壓縮約束獲得所述 方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像χ。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例的以僅有4個(gè)像素的相 機(jī)為例的示意圖。
步驟S104，根據(jù)所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像利用優(yōu)化方法解碼模糊圖 像去除運(yùn)動模糊，以達(dá)到重建高速運(yùn)動目標(biāo)的清晰圖像的目的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中， 根據(jù)S103采集到的運(yùn)動模糊圖像，建立優(yōu)化模型
X = argmin g(x) si, Y = φΧ
其中，g(x)為優(yōu)化函數(shù)，由于一般圖像都在某個(gè)基Ψ下滿足稀疏性，這樣根據(jù)壓 縮感知理論就可以通過優(yōu)化I1范數(shù)來求解，可以采用各種I1范數(shù)下的優(yōu)化函數(shù)，能夠滿足 上述約束條件即可，例如g(x) = 11 ψTx111, g(x) = TV⑴等，從中選擇解得的最好的重建 清晰圖像的結(jié)果即可。對一般圖像各函數(shù)重建結(jié)果相差不大，對圖像的質(zhì)量沒有太高的要 求時(shí)任意選擇一個(gè)優(yōu)化函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解就好。
本發(fā)明利用計(jì)算攝像學(xué)的方法從采集端通過編碼曝光的方式改變運(yùn)動目標(biāo)圖像 的獲取方式，從而消除卷積核(也稱模糊核)頻域的零點(diǎn)，這樣反卷積得到的圖像就不會有 振鈴現(xiàn)象，這樣就最終達(dá)到去除目標(biāo)運(yùn)動模糊獲得清晰圖像的目的。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟對傳統(tǒng)相機(jī)的曝光方式進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼；用編碼曝光的方式對方向性高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行編碼；獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)的模糊圖像，并通過壓縮約束獲得所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo) 靜止時(shí)的圖像；和根據(jù)所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像對所述模糊圖像進(jìn)行優(yōu)化解碼以去除運(yùn) 動模糊。
2.如權(quán)利要求1所述的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，所述對 傳統(tǒng)相機(jī)的曝光方式進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼進(jìn)一步包括對可進(jìn)行編碼曝光的相機(jī)直接進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼或是通過對傳統(tǒng)相機(jī)外接控制 曝光方式硬件等來實(shí)現(xiàn)編碼曝光。
3.如權(quán)利要求1所述的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，所述用 編碼曝光的方式對方向性高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行編碼以獲得M個(gè)像素點(diǎn)的編碼向量組成編碼 矩陣 Φ = [ΦΛ Φ2Τ，…，Φμτ]τ。
4.如權(quán)利要求3所述的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，所述通 過壓縮約束獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像進(jìn)一步包括將相機(jī)采集到的模糊圖像記為y，將所述方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像記為χ ；通過公式Y(jié)= ΦΧ獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像，其中Y= [yi，y2，…，yM]， X — [X” x2， “，Xn]
5.如權(quán)利要求4所述的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，所述根 據(jù)方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像對所述模糊圖像進(jìn)行優(yōu)化解碼以去除運(yùn)動模糊進(jìn)一 步包括建立優(yōu)化模型i = argming(x) sjL F = ^MT，其中，g(x)為優(yōu)化函數(shù)，s. t.為約束 條件；選擇優(yōu)化函數(shù)g(x)，并求解以獲得重建后的清晰圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，所述優(yōu) 化函數(shù)g(x)為滿足上述約束條件的采用各種I1范數(shù)下的優(yōu)化函數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，其特征在于，其中， g(x) = 11 ΨtX111 或者 g(X) =TV(X)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種去方向性高速運(yùn)動目標(biāo)模糊的計(jì)算方法，包括以下步驟對傳統(tǒng)相機(jī)的曝光方式進(jìn)行偽隨機(jī)二進(jìn)制編碼；用編碼曝光的方式對方向性高速運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行編碼；獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)的模糊圖像，并通過壓縮約束獲得方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像；和根據(jù)方向性高速運(yùn)動目標(biāo)靜止時(shí)的圖像對模糊圖像進(jìn)行優(yōu)化解碼以去除運(yùn)動模糊。本發(fā)明利用計(jì)算攝像學(xué)的方法從采集端通過編碼曝光的方式改變運(yùn)動目標(biāo)圖像的獲取方式，從而消除卷積核(也稱模糊核)頻域的零點(diǎn)，這樣反卷積得到的圖像就不會有振鈴現(xiàn)象，這樣就最終達(dá)到去除目標(biāo)運(yùn)動模糊獲得清晰圖像的目的。
文檔編號G06T5/00GK102034223SQ20101056824
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者付瑩, 戴瓊海 申請人:清華大學(xué)