一种近红外像映射成像光谱仪运动模糊图像复原方法技术

一种近红外像映射成像光谱仪运动模糊图像复原方法。该发明专利技术涉及的近红外像映射成像光谱仪包含孔径光阑、可见

【技术实现步骤摘要】
一种近红外像映射成像光谱仪运动模糊图像复原方法


[0001]本专利技术涉及一种近红外像映射成像光谱仪运动模糊图像复原方法，适用于高光谱遥感成像领域。

技术介绍

[0002]像映射光谱仪(Image Mapping Spectromertry，IMS)是一种通过图像映射器把多个共享同一二维倾斜角度的图像切片映射到同一光瞳的快照式光谱成像系统。像映射光谱仪目前在荧光显微技术、体内检查、遥感观测、食品安全检测等民用领域已取得重要进展，同时由于其单次曝光获取全部光谱图像数据的特点，在军用等高时效性需求的领域也具有巨大的发展潜力。
[0003]在近红外像映射成像光谱仪的成像过程中，其搭载平台如卫星、浮空器或飞机受到外部空间环境干扰或者本身结构因素的影响，随机的抖动会使像映射成像光谱仪产生随机运动，使成像探测器随之产生非理想成像，造成光谱图像质量退化，称之为图像的“运动误差”。解决其图像运动退化是目前备受关注亟需解决的问题之一。
[0004]解决上述问题的方法一般有两种：一是在硬件方面，在近红外像映射成像光谱仪内外部采取各种隔振等主动/被动的措施，在源头上来提高平台稳定性，由于受到稳定精度等条件的限制，加之成本较高，无法达到普遍适用的效果；二是直接对光谱成像通道的重构后模糊光谱图像进行盲去模糊，盲去模糊的关键是确定模糊核的形态，即确定模糊路径，由于光谱成像光谱仪重构图像在曝光时间内模糊过程并不明显，导致模糊路径和PSF(点估计函数)计算不够准确，得到的模糊核会使去模糊图像质量变差，所以直接盲去模糊并不可行。/>[0005]基于此背景，该专利技术在像映射成像光谱仪的前置透镜组前后分别加入了一个滤光片和一个分色片，旨在保证光谱成像探测的信噪比前提下分出可见光。由于在相同系统内发生抖动时，高速可见光探测器和映射式成像光谱仪重构图像的模糊核一致，该方法根据大靶面成像探测器曝光时间内高速可见光探测器同步获取的N帧图像，更准确的计算出其运动模糊核，进而对映射式成像光谱仪重构图像进行反卷积，得到清晰的光谱图像。从而消除了近红外像映射成像光谱仪的运动成像模糊。该方法的成本较低，并且构建的PSF更加准确，去模糊效果更好。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术中近红外像映射成像光谱仪发生抖动使成像质量变差的问题，提出了在近红外像映射光谱仪中加入高速可见光探测器、滤光片和分光片的新型结构，在此基础上更加准确的估计模糊路径，进而计算PSF的方法对重构的模糊图像进行复原，该方法对于图像去模糊效果良好，适用于高光谱遥感成像领域。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：根据大靶面成像探测器曝光时间内高速可见光探测器同步获取的N帧图像，通过样条插值算法估计出运动模糊的整个模糊路径，再根据相等曝光
时间的帧积分相等的能量的原理，利用插值法构建PSF(点扩散函数)，最后对光谱成像通道的重构后的模糊光谱图像进行反卷积，得到清晰的光谱图像。
[0008]与现有技术相比本专利技术的有益效果：在保证光谱成像探测的信噪比前提下，解决了其运动模糊的问题，相比于直接盲去模糊，该方法提高了去模糊后光谱图像的像质。
附图说明
[0009]图1是总体方案设计结构图。
[0010]图2是探测器同步示例图。
[0011]图3是随机运动轨迹示例图。
[0012]图4是PSF计算示例图。
[0013]图5是PSF仿真示例图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0015]如图1所示，近红外像映射成像光谱仪系统是由孔径光阑1、可见
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近红外带通滤光片 2、前置透镜组3、可见谱段反射和近红外谱段透过分色片4、高速可见光探测器5、图像映射器6、后置透镜组7、色散元件8、微透镜阵列9、大靶面光谱成像探测器10组成。
[0016]近红外像映射成像光谱仪的图像采集过程如下：孔径光阑1限制前置光路相对孔径后，经过可见
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近红外带通滤光片2，透射光包含可见光至近红外波段以内的光，通过前置透镜组 3到达可见谱段反射和近红外谱段透过分色片4，该分色片反射出的可见光进入高速可见光探测器5中成像，而近红外波长的光以像方远心光束中继在图像映射器6上成一次像，光束被图像映射器6的各个切片分割成不同方向的反射光，反射出来的光通过后置透镜组7被准直输出，经过色散元件8分光得到光谱信息后通过微透镜阵列9在大靶面光谱成像探测器10上形成所有子图像行的色散图样，对该图像进行重构，重构后的近红外成像为待去模糊的图像。
[0017]可见
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近红外带通滤光片2与可见谱段反射和近红外谱段透过分色片4的功能如下：可见
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近红外带通滤光片2能够透过可见光至近红外波段(380nm至1700nm)以内的光线，可见谱段反射和近红外谱段透过分色片4能够反射出可见光波长(480nm至780nm)以内的光至高速可见光探测器5，透射出近红外波长(780nm至1700nm)以内的光至映射器6，减小了光谱成像光路的能量损失，保证光谱成像探测的信噪比。
[0018]为了进一步说明大靶面光谱成像探测器(10)和高速可见光探测器(5)同步摄像的方法，如图2所示：探测器拍摄使用外触发方式，触发模式选择高电平触发，触发电平信号由外部指令控制。将大靶面光谱成像探测器和高速可见光探测器连接到同一个触发源上，两个探测器收到高电平触发信号时开始同时采集图像，当第一帧采集结束后，如果信号仍为有效高电平，则继续采集下一帧照片，设置高电平持续时间为大靶面光谱成像探测器的曝光时间，则在高电平持续时间内大靶面成像光谱探测器刚好拍摄完一张图像后收到低电平信号停止拍摄，如图2(a)所示，根据大靶面光谱成像探测器的曝光时间T和图像复原所需的N帧图像设置高速可见光探测器的帧速V＝T/N，而设置好对应帧速的高速可见光相机也刚好在连续拍摄完第N帧照片后收到低电平信号停止拍摄，如图2(b)所示，最终实现微秒级的
同步。
[0019]近红外像映射成像光谱仪运动模糊图像复原方法如下：通过高速可见光探测器同步拍摄的多帧照片估计模糊路径并计算得到PSF(点扩散函数)，然后对光谱成像通道的重构后模糊光谱图像进行反卷积，得到清晰的光谱图像。
[0020]由于整个近红外像映射成像光谱仪在抖动或其他外界条件影响时，其对于高速可见光探测器和大靶面光谱成像探测器的影响规律相同，则对高速可见光探测器拍摄的可见光成像跟光谱成像通道的重构后模糊光谱图像的运动模糊情况一致，即两者的运动模糊核相同，对高速可见光探测器同步拍摄的多帧照片计算处理得到的PSF可用于光谱成像通道的重构后的模糊光谱成像去模糊。
[0021]为了进一步说明模糊路径建立的方法，以图3为例：首先，在高速可见光探测器拍摄的多帧照片中选取第一帧图像设为基准，建立平面直角坐标系XOY，原点(0，0)表示某一帧图像与第一帧图像之间相移为零，则(x,y)表示某一帧图像相对于第一帧图像沿X轴与Y轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近红外像映射成像光谱仪运动模糊图像复原方法，其特征是：近红外像映射成像光谱仪系统由孔径光阑(1)、可见
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近红外带通滤光片(2)、前置透镜组(3)、可见谱段反射和近红外谱段透过分色片(4)、高速可见光探测器(5)、图像映射器(6)、后置透镜组(7)、色散元件(8)、微透镜阵列(9)、大靶面光谱成像探测器(10)组成。其中，大靶面光谱成像探测器(10)的特征在于：由大面阵CCD组成，其像元总数多，可充分接收映射型成像光谱仪所有子图像行的色散图像，但由于靶面较大，帧频会受到限制，且为保证信噪比，需增加曝光时间，在搭载平台运动时图像容易存在运动模糊。高速可见光探测器(5)的特征在于：帧速在100帧/秒至上万帧/秒之间。由于帧速快、曝光时间短、灵敏度高，高速可见光探测器能够将被测物体的运动或是变化过程转化为时间间隔在微秒级的图像序列，以供模糊核解算。大靶面光谱成像探测器(10)和高速可见光探测器(5)同步摄像的特征在于：探测器拍摄使用外触发方式，触发模式选择高电平触发，触发电平信号由外部指令控制。将大靶面光谱成像探测器和高速可见光探测器连接到同一个触发源上，两个探测器收到高电平触发信号时开始同时采集图像，当第一帧采集结束后，如果信号仍为有效高电平，则继续采集下一帧照片，设置高电平持续时间为大靶面光谱成像探测器的曝光时间，则在高电平持续时间内大靶面成像光谱探测器刚好拍摄完一张图像后收到低电平信号停止拍摄，根据大靶面光谱成像探测器的曝光时间T和图像复原所需的N帧图像设置高速可见光探测器的帧速V＝T/N，而设置好对应帧速的高速可见光相机也刚好在连续拍摄完第N帧照片后收到低电平信号停止拍摄，最终实现微秒级的同步。该方法的实现过程如下：入射光由孔径光阑(1)限制前置光路相对孔径后，经过可见
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近红外带通滤光片(2)，再通过前置透镜组(3)和可见谱段反射和近红外谱段透过分色片(4)，分色片反射出的可见光进入高速可见光探测器(5)成像，其余透过的近红外光在映射器(6)形成一次像，映射器(6)对一次像进行视场分割后的反射光进入后置透镜组(7)、色散元件(8)以及微透镜阵列(9)，最终在大靶面光谱成像探测器(10)上形成所有子图像行的色散图样。当近红外像映射成像光谱仪在受到外界干扰时，因高速可见光探测器(5)和映射式成像光谱仪重构图像的抖动规律是一致的，所以两者运动模糊的模糊核也相同，通过高速可见光探测器拍得的多帧照片估计模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏威，何卓尔，徐华盛，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：