專利名稱：基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法與裝置屬于一般的圖像數(shù)據(jù)處理或產(chǎn)生領(lǐng)域中運(yùn)動(dòng)分析部分，尤其涉及ー種基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法與裝置。
背景技術(shù)：
動(dòng)像傳遞函數(shù)是定量描述目標(biāo)像在圖像傳感器表面運(yùn)動(dòng)造成的圖像像質(zhì)退化程度的物理量，從一幅運(yùn)動(dòng)模糊圖像中提取目標(biāo)像的運(yùn)動(dòng)信息，得到動(dòng)像傳遞函數(shù)，可以為運(yùn)動(dòng)模糊圖像的復(fù)原提供理論基礎(chǔ)。該項(xiàng)技術(shù)可直接應(yīng)用在航空航天和快速運(yùn)動(dòng)裝置圖像信息獲取領(lǐng)域，對(duì)飛行器等超高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)成像，得到運(yùn)動(dòng)模糊圖像，進(jìn)而對(duì)該圖像利用動(dòng)像傳遞函數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的復(fù)原。但在該領(lǐng)域，每獲取一幅運(yùn)動(dòng)模糊圖像，不僅要耗費(fèi)大量的人力物 力；而且受氣候、環(huán)境等干擾因素的影響，進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)非常困難。所以，為了節(jié)約成本，獲取更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，將采用為半實(shí)物半仿真的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)獲取運(yùn)動(dòng)模糊圖像。實(shí)驗(yàn)的方法是，沿光軸方向依次放置目標(biāo)、成像物鏡和圖像傳感器，圖像傳感器模擬真實(shí)場(chǎng)景的成像器件，目標(biāo)用來(lái)模擬真實(shí)場(chǎng)景的高溫高速物體。將目標(biāo)放置在可以沿垂直光軸方向移動(dòng)的導(dǎo)軌上，形成動(dòng)態(tài)目標(biāo)。在圖像傳感器對(duì)目標(biāo)成像的過(guò)程中，目標(biāo)在垂直光軸方向保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就可以獲得運(yùn)動(dòng)模糊圖像。這里就存在這樣ー個(gè)問(wèn)題，真實(shí)的目標(biāo)具有運(yùn)動(dòng)速度快，溫度高的特點(diǎn)，而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，不僅很難設(shè)計(jì)出高溫高速的目標(biāo)，而且，也不方便采用高溫高速目標(biāo)，以免對(duì)實(shí)驗(yàn)室的安全和實(shí)驗(yàn)人員的安全造成威脅。那么，如何在實(shí)驗(yàn)室條件下仿真真實(shí)場(chǎng)景的高溫高速目標(biāo)，并獲得同等效果的運(yùn)動(dòng)模糊圖像就成為首要問(wèn)題。現(xiàn)有技術(shù)中，眾多運(yùn)動(dòng)模糊圖像的構(gòu)造方法均采用了軟件退化的方式，并且遵循這樣的基本公式g(x, y) = f(x, y)*h(x, y)+n(x, y),其中，g(x, y)是退化圖像的函數(shù)表達(dá)式，f(x，y)是靜止圖像的函數(shù)表達(dá)式，h(x，y)是退化函數(shù)，n(x，y)為隨機(jī)噪聲。這種方法的特征是根據(jù)目標(biāo)圖像的運(yùn)動(dòng)形式，在像方利用軟件計(jì)算的方式得到退化圖像。這種方法的缺點(diǎn)是I)不能解決如何通過(guò)硬件設(shè)備真實(shí)獲得退化圖像的問(wèn)題；2)無(wú)法解釋軟件退化圖像與真實(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)形式的關(guān)系問(wèn)題；3)對(duì)圖像整體進(jìn)行退化，無(wú)法模擬運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在靜止背景中的運(yùn)動(dòng)。這三個(gè)缺點(diǎn)最終導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)方法無(wú)法解決如何在實(shí)驗(yàn)室條件下仿真真實(shí)場(chǎng)景的高溫高速目標(biāo)，并獲得同等效果的運(yùn)動(dòng)模糊圖像問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)法解決如何在實(shí)驗(yàn)室條件下仿真真實(shí)場(chǎng)景中，高溫高速目標(biāo)，并獲得同等效果的運(yùn)動(dòng)模糊圖像問(wèn)題，提出了一種基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法與裝置；該方法與裝置能夠用常溫可見(jiàn)光目標(biāo)等效代替高溫目標(biāo)，用低速運(yùn)動(dòng)配合兩次成像等效代替高速運(yùn)動(dòng)，不僅使實(shí)驗(yàn)難度得到降低，實(shí)驗(yàn)安全性得到提高，而且容易獲得多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)成本大幅降低。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法，步驟如下a、在真實(shí)場(chǎng)景中，根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度V1，圖像傳感器的曝光時(shí)間h，以及光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率P1，得到目標(biāo)像在圖像傳感器表面的運(yùn)動(dòng)距離d = V1 h ;b、在模擬場(chǎng)景中，根據(jù)代用光學(xué)系統(tǒng)2的橫向放大率P2，利用第a步得到的目標(biāo)像在圖像傳感器表面的運(yùn)動(dòng)距離d，得到代用目標(biāo)在圖像傳感器曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離d2=d/ ^ 2 ；C、在模擬場(chǎng)景中，保持代用目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)代用目標(biāo)成像，得到第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像f\(x，y)，第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像中背景函數(shù)一表示為fn(x，y);代用目標(biāo)函數(shù)一表不為 f12 (X，y)；d、在模擬場(chǎng)景中，將代用目標(biāo)沿垂直光軸方向移動(dòng)，移動(dòng)的距離為第b步得到的代用目標(biāo)在圖像傳感器曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離d2 ；e、在模擬場(chǎng)景中，保持代用目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)代用目標(biāo)成像，得到第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像f2(x，y)，第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像中背景函數(shù)ニ表示為f21(x，y);代用目標(biāo)函數(shù)_.表不為 f22 (x y)；f、根據(jù)第c步得到的代用目標(biāo)函數(shù)一 f12(X，y)和第e步得到的代用目標(biāo)函數(shù)ニf22(x, y)，得到從第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像fjx，y)到第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像f2(x，y)，
代用目標(biāo)像的移動(dòng)距離為ダ=扣/+も2 ゴ;其中4為代用目標(biāo)像沿圖像傳感器X軸方
向的移動(dòng)距離；dy為代用目標(biāo)像沿圖像傳感器y軸方向的移動(dòng)距離；根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)像傳遞函數(shù)得到代用目標(biāo)退化函數(shù)ー為
權(quán)利要求
1.基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法，其特征在于所述方法步驟如下 a、在真實(shí)場(chǎng)景中，根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度V1,圖像傳感器的曝光時(shí)間以及光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率P1，得到目標(biāo)像在圖像傳感器表面的運(yùn)動(dòng)距離d = V1 & ; b、在模擬場(chǎng)景中，根據(jù)代用光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率P2，利用第a步得到的目標(biāo)像在圖像傳感器表面的運(yùn)動(dòng)距離d，得到代用目標(biāo)在圖像傳感器曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離d2 = d/旦2 ； C、在模擬場(chǎng)景中，保持代用目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)代用目標(biāo)成像，得到第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像fjx，y)，第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像中背景函數(shù)一表示為fn(x，y);代用目標(biāo)函數(shù)一表不為 fi2 (x，y)； d、在模擬場(chǎng)景中，將代用目標(biāo)沿垂直光軸方向移動(dòng)，移動(dòng)的距離為第b步得到的代用目標(biāo)在圖像傳感器曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離d2 ； e、在模擬場(chǎng)景中，保持代用目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)代用目標(biāo)成像，得到第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像f2(x，y)，第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像中背景函數(shù)二表示為f21(x，y);代用目標(biāo)函數(shù)二表不為 f^2(x，y); f、根據(jù)第C步得到的代用目標(biāo)函數(shù)一f12(X，y)和第e步得到的代用目標(biāo)函數(shù)二 f22(X，y)，得到從第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像fjx，y)到第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像f2(x，y)，代用目標(biāo)像的移動(dòng)距離為d'=^dx2+dy2 其中:dx為代用目標(biāo)像沿圖像傳感器X軸方向的移動(dòng)距離；dy為代用目標(biāo)像沿圖像傳感器y軸方向的移動(dòng)距離；根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)像傳遞函數(shù)得到代用目標(biāo)退化函數(shù)一為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法，其特征在于第f步、第g步和第h步替換為 f’、根據(jù)第c步得到的代用目標(biāo)函數(shù)一 f12 (x，y)和第e步得到的代用目標(biāo)函數(shù)二 f22 (x，y)，得到從第一幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像fjx，y)到第二幀靜態(tài)代用目標(biāo)圖像f2(x，y)，代用目標(biāo)像的移動(dòng)距離為d'^Jd2+d2 其中:dx為代用目標(biāo)像沿圖像傳感器X軸方向的移 動(dòng)距離；dy為代用目標(biāo)像沿圖像傳感器y軸方向的移動(dòng)距離；根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)像傳遞函數(shù)得到代用目標(biāo)退化函數(shù)二為
3.基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法，其特征在于所述方法步驟如下 a、在真實(shí)場(chǎng)景中，根據(jù)點(diǎn)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度V1,圖像傳感器的曝光時(shí)間以及光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率0 :，得到點(diǎn)目標(biāo)像在圖像傳感器表面的運(yùn)動(dòng)距離d = V1 h 3 ; b、在模擬場(chǎng)景中，根據(jù)代用光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率P2，利用第a步得到的點(diǎn)目標(biāo)像在圖像傳感器表面的運(yùn)動(dòng)距離d，得到代用點(diǎn)目標(biāo)在圖像傳感器曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離d2 =d/ ； C、在模擬場(chǎng)景中，保持代用點(diǎn)目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)代用點(diǎn)目標(biāo)成像，得到第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像fjx, y),代用點(diǎn)目標(biāo)在第一巾貞靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像fjx, y)中的坐標(biāo)為(X1,Yi); d、在模擬場(chǎng)景中，將代用點(diǎn)目標(biāo)沿垂直光軸方向移動(dòng)，移動(dòng)的距離為第b步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)在圖像傳感器曝光時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)距離d2 ； e、在模擬場(chǎng)景中，保持代用點(diǎn)目標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)代用點(diǎn)目標(biāo)成像，得到第二幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像f2(x, y)，代用點(diǎn)目標(biāo)在第二巾貞靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像f2(x, y)中的坐標(biāo)為(x2,J2)； f、根據(jù)第c步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)在第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像4(1，y)中的坐標(biāo)為(Xij7i)和第e步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)在第二幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像&0^，7)中的坐標(biāo)為(x2，y2)，得到從第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像fi (X，y)到第二幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像f2(X，y)，代用點(diǎn)目標(biāo)像的移動(dòng)距離為其中:dx = X2-X1，為代用點(diǎn)目標(biāo)像沿圖像傳感器X軸方向的移動(dòng)距離；dy = y2-yi，為代用點(diǎn)目標(biāo)像沿圖像傳感器y軸方向的移動(dòng)距離；根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)像傳遞函數(shù)得到代用點(diǎn)目標(biāo)退化函數(shù)一為OTFl(ZxJy) = ~ jexp(-i27r(fxvx + fyvy)t)dt 0=sin c{n{fxdx + fydy)) exp(-z>(/X + fydy))g、根據(jù)第c步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)在第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像4(1，y)中的坐標(biāo)為(X1, Y1)和第f 步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)退化函數(shù)一 OTFl (fx，fy)，構(gòu)建代用點(diǎn)目標(biāo)勻速模糊圖像 f (x, y) = 6 (X1, Y1) ^(OTF1 (fx, fy)) = F-1 (F ( 8 (X1, Y1)) OTF1 (fx, fy)) h、將第c步得到的第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像(x,y)用第g步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)勻速模糊圖像f (x，y)替換，得到帶背景的代用點(diǎn)目標(biāo)勻速模糊圖像f*U’ y)； 或 將第e步得到的第二幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像f2(x，y)用第g步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)勻速模糊圖像f (x，y)替換，得到帶背景的代用點(diǎn)目標(biāo)勻速模糊圖像y)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法，其特征在于第f步、第g步和第h步替換為 f’、根據(jù)第c步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)在第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像4(1，y)中的坐標(biāo)為(Xij7i)和第e步得到的代用點(diǎn)目標(biāo)在第二幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像&0^，7)中的坐標(biāo)為(x2，y2)，得到從第一幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像(x，y)到第二幀靜態(tài)代用點(diǎn)目標(biāo)圖像f2(x，y)，代用點(diǎn)目標(biāo)像的移動(dòng)距離為d'=^dx2+dy2 其中:dx = X2-X1，為代用點(diǎn)目標(biāo)像沿圖像傳感器X軸方向的移動(dòng)距離；dy = y2-yi，為代用點(diǎn)目標(biāo)像沿圖像傳感器y軸方向的移動(dòng)距離；根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)像傳遞函數(shù)得到點(diǎn)目標(biāo)退化函數(shù)二為
5.基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造裝置，包括代用目標(biāo)(I)、代用光學(xué)系統(tǒng)(2)以及圖像傳感器(3)，所述的代用目標(biāo)(I)經(jīng)過(guò)代用光學(xué)系統(tǒng)(2)成像到圖像傳感器(3)表面，其特征在于該裝置的代用目標(biāo)(I)包括靜止背景和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)兩部分，其中，靜止背景覆蓋代用光學(xué)系統(tǒng)(2)全部視場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)能夠在代用光學(xué)系統(tǒng)(2)視場(chǎng)范圍內(nèi)垂直裝置光軸方向做二維運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于長(zhǎng)曝光成像的動(dòng)目標(biāo)模糊圖像等效仿真裝置，其特征在于所述的圖像傳感器(3)能夠在代用光學(xué)系統(tǒng)(2)視場(chǎng)范圍內(nèi)垂直裝置光軸方向做二維運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
基于兩幀靜態(tài)圖像拼合的勻速模糊圖像構(gòu)造方法與裝置屬于一般的圖像數(shù)據(jù)處理或產(chǎn)生領(lǐng)域中圖像運(yùn)動(dòng)分析部分；該方法根據(jù)真實(shí)場(chǎng)景中目標(biāo)、光學(xué)系統(tǒng)及圖像傳感器的參數(shù)，推導(dǎo)出真實(shí)情況下目標(biāo)的模糊距離，并反推回像方，得到代用目標(biāo)所處兩個(gè)空間位置距離，通過(guò)對(duì)這兩個(gè)空間位置的代用目標(biāo)兩次成像，并根據(jù)圖像信息構(gòu)造出勻速模糊圖像；該裝置中代用目標(biāo)包括靜止背景和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)兩部分，并且運(yùn)動(dòng)目標(biāo)能夠在代用光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)范圍內(nèi)垂直裝置光軸方向做二維運(yùn)動(dòng)；該方法和裝置能夠用常溫可見(jiàn)光目標(biāo)等效代替高溫目標(biāo)，用低速運(yùn)動(dòng)配合兩次成像等效代替高速運(yùn)動(dòng)，不僅使實(shí)驗(yàn)難度得到降低，實(shí)驗(yàn)安全性得到提高，而且容易獲得多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)成本大幅降低。
文檔編號(hào)G06T7/20GK102651134SQ201210084568
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月17日
發(fā)明者劉儉, 譚久彬, 趙煙橋 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)