一种气动光学热辐射噪声校正方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种气动光学热辐射噪声校正方法，包括以下步骤：首先将退化图像进行预处理得到多尺度退化图像集合；然后，根据上述多尺度退化集合，以上一尺度估计结果作为下一尺度估计初始值来获得最优解的更新迭代过程，完成原始尺度的偏差场估计；最后，根据原始尺度的偏差场估计值对退化图像进行复原，得到气动光学热辐射噪声校正图像。本发明专利技术还涉及一种气动光学热辐射噪声校正系统。本发明专利技术有效解决了现有方法中存在的校正效果差、方法复杂度高、无法在图像层面进行热辐射噪声校正的问题，适用于气动光学热辐射噪声图像复原的应用场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于模式识别
，更具体地，涉及一种基于多尺度偏差场估计的气 动光学热福射噪声校正方法与系统。
技术介绍
当高速飞行器在超声速状态下飞行时，其光学窗口被气动加热而处于一个严重的 气动热环境中。在此状况下，光学窗口所获取的图像会受到热辐射噪声的干扰，从而降低了 探测系统对目标探测的信噪比和图像质量。为了获得清晰的探测图像，需要对气动光学热 辐射噪声进行校正。其校正的准确性关系到光学探测系统中更高层的图像处理，因此气动 光学热辐射噪声校正技术已成为高速飞行器光学探测系统中的一大关键。 现有的气动光学热辐射噪声校正方法主要包括两类：（1)基于光电校正，该方法 是根据飞行器飞行弹道特性建立激波辐射及图像退化与工作波长的关系，在此基础上进行 导引头工作波长的优化分析，选择合理的工作波长；（2)基于光学窗口设计校正，该方法主 要是通过设计适当的窗口结构形式以及致冷方式，以减少光学头罩在湍流中的气动加热程 度，从而校正气动热辐射噪声。以上两种方法的缺陷在于：两种方法均采取的是"事前预防" 的方式在源头上抑制气动热辐射噪声，然而对于已经产生了热辐射噪声的光学探测图像无 法进行复原处理。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷，本专利技术提供一种基于多尺度偏差场估计的气动光学热 辐射噪声校正方法与系统，其中，本专利技术直接对退化图像本身进行气动光学热辐射噪声校 正，尤其是通过多尺度偏差场估计方法，即以上一尺度估计结果作为下一尺度估计初始值 来获得最优解的更新迭代过程，提升了算法收敛速度，相应可有效解决现有方法中存在的 校正效果差、方法复杂度高、无法在图像层面进行热辐射噪声校正的问题。 为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种气动光学热辐射噪声校正 方法，包括以下步骤： (1)对退化图像g。进行预处理，得到尺度由大到小依次排序的多尺度退化图像集 合{go, gl，…，gj ; (2)选取所述集合中最小尺度退化图像gs作为当前尺度退化图像g j，对当前尺度 退化图像的偏差场以及复原图像进行估计，得到对应的偏差场估计值$及复原图像估计值 L (3)根据步骤⑴中的集合对当前尺度的偏差场估计值及复原图像估计值& 进行相邻尺度上采样，即令j = j-1，得到进行下一次迭代的当前尺度退化图像g] i的偏差 场b, i及复原图象i, i，对当前尺度的偏差场以及复原图像进行估计，继而得到对应的偏差 场估计值及复原图像估计值ζκ重复步骤（3)，直至得到原始尺度的偏差场估计值 '， (4)根据所述原始尺度的偏差场估计值&对退化图像g。进行复原，得到气动光学 热辐射噪声校正图像i D。 作为进一步优选的，在步骤（1)中，所述多尺度退化图像集合是通过双线性插值 法对退化图像&进行等比率λ降采样得到的。 作为进一步优选的，对当前尺度的偏差gb,以及复原图像1进行估计，具体包 括： 首先，建立优化求解模型： 其中，I为复原图像估计值，I为偏差场估计值，为数据逼近项，为数据约束项，α和β为数据约束项系数（也称惩罚系数），α和β的取 值可根据实验需求进行调整； 继而，将优化求解模型分解成两个子问题，分别为i_子问题以及b_子问题， 其中，i_子问题的具体形式为： 其中，分别为图像在竖直方向（X轴）和水平方向（y轴）上梯度的 数据约束项； b_子问题的具体形式为： 最后，分别对i_子问题以及b_子问题求得最优解，即得到偏差场估计值及复原图 像估计值。 作为进一步优选的，在对i_子问题进行求解时引入Split Bregman迭代方法。 作为进一步优选的，在步骤（3)中，根据所述降采样比率λ对偏差场估计值及复 原图像估计值进行上采样。 另外，按照本专利技术的另一个方面，提出了一种气动光学热辐射噪声校正系统，包 括： 多尺度处理模块包括降采样单元和上采样单元，其中，降采样单元用于对退化图 像&进行预处理，通过双线性插值法对退化图像g c进行等比率λ降采样得到多尺度退化 图像集合{gc，gl，…，gj，上采样单元用于将偏差场估计模块输出的当前尺度的偏差场估计 值及复原图像估计值作上采样处理，并反馈至偏差场估计模块； 偏差场估计模块，用于根据多尺度退化图像集合中最小尺度的退化图像，获取当 前尺度的偏差场估计值及复原图像估计值，并更新迭代，直至得到原始尺度的偏差场估计 值4，并将输出至图像复原模块； 图像复原模块，用于根据所述原始尺度的偏差场估计值&对退化图像g。进行复 原，得到气动光学热辐射噪声校正图像％。 作为进一步优选的，所述偏差场估计模块包括图像选取单元和迭代处理单元，所 述图像选取单元，用于选取所述集合中最小尺度的退化图像g s并作为迭代处理单元的初始 化输入；所述迭代处理单元，用于通过更新迭代获取当前尺度的偏差场估计值及复原图像 估计值，直至得到原始尺度的偏差场估计值&，并将4输出至图像复原模块； 作为进一步优选的，所述多尺度退化图像集合是所述多尺度处理模块通过双线性 插值法对退化图像&进行等比率λ降采样得到的。 作为进一步优选的，所述上采样单元根据所述降采样比率λ对当前尺度的偏差 场估计值及复原图像估计值进行上采样。 总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下的 技术优点： 1、本专利技术技术方案仅通过光学探测系统获取的退化图像本身即可对气动光学热 辐射噪声进行校正，并且能得到较为准确理想的图像复原效果； 2、尤其针对当前尺度偏差场估计时，本专利技术通过多尺度偏差场估计方法，利用上 一尺度的估计结果作为下一尺度估计的输入值，可以使每一次估计更快地得到最优解，显 著地提升了算法的收敛速度； 3、本专利技术中通过Split Bregman迭代进行优化求解，进一步提升了算法的收敛速 度，且更加简洁清楚，因此本专利技术尤其适用于气动光学热辐射噪声校正领域。【附图说明】 图1是本专利技术的气动光学热辐射噪声校正方法总流程图； 图2是通过迭代优化求解的流程图； 图3是本专利技术的气动光学热福射噪声校正系统结构图； 图4是本专利技术气动光学热福射噪声校正效果不意图。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 以下首先对本专利技术用到的术语进行解释和说明。 偏差场：偏差场也被称为非均匀场，表现为亮度的不均匀性，偏差场的概念在医学 图像处理中被广泛应用。亮度不均匀是指图像中同一区域像素表现出亮度的变化，这种图 像亮度的空间变化由伪影和组织属性内在的不均匀性造成。由偏差场带来的强度或者颜色 上的不均匀对许多图像处理算法是个很难解决的问题，例如图像分割、图像检索、目标跟踪 与识别等等，都会面临这个问题。比如图像进行分割，通常使用目标图像是分段常数这个 假设，如果图像受到了偏差场的影响，图像的强度就会发生渐变，之前的那个假设就用不上 了，很多分割算法也不再有效。因为气动光学热辐射噪声与偏差场的性质极其相似，于是本 专利技术将偏差场的概念引入到气动光学热福本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气动光学热辐射噪声校正方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对退化图像g0进行预处理，得到尺度由大到小依次排序的多尺度退化图像集合{g0,g1,…，gs}；(2)选取所述集合中最小尺度退化图像gs作为当前尺度退化图像gj，对当前尺度的偏差场以及复原图像进行估计，得到对应的偏差场估计值及复原图像估计值(3)根据步骤(1)中的集合对当前尺度的偏差场估计值及复原图像估计值进行相邻尺度上采样，得到进行下一次迭代的当前尺度退化图像gj‑1的偏差场bj‑1及复原图象ij‑1，对当前尺度的偏差场以及复原图像进行估计，继而得到对应的偏差场估计值及复原图像估计值令j＝j‑1，重复步骤(3)，直至得到原始尺度的偏差场估计值(4)根据所述原始尺度的偏差场估计值对退化图像g0进行复原，得到气动光学热辐射噪声校正图像i0。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李乐仁瀚，桑农，高常鑫，颜露新，王金，张士伟，邵远杰，彭军才，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42