气动热辐射效应校正方法技术

本发明专利技术公开了一种气动热辐射效应校正方法，包括：S1、获取气动热辐射退化图像，通过图像分解算法分解为平滑层和纹理细节层；S2、对平滑层进行像素阈值标记处理，确定热辐射强度中心；S3、确定强度中心范围；S4、对平滑层进行滤波，再根据强度中心范围内的像素点对平滑层进行高斯曲面拟合，获得初始热辐射效应层的高斯分布曲面参数；S5、对纹理细节层添加帧波正则化约束，再结合高斯分布曲面的正则化约束，建立基于范数最小化的图像校正模型；S6、对模型进行Split Bregman迭代求解，得到校正后的清晰图像。本发明专利技术具有拟合曲面所需参数少、可以在校正中更好地保边缘、以及运算迭代次数少等特点，能够对气动热辐射领域中热辐射图像有着比较好的校正效果。着比较好的校正效果。着比较好的校正效果。

【技术实现步骤摘要】
气动热辐射效应校正方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种气动热辐射效应校正方法。

技术介绍

[0002]当前，高速飞行器是航空航天
的一个重要方向，而气动光学是空气动力学和光学相结合的一个交叉学科，也是飞行器发展的重要支撑方向。在气动光学校正这个领域里，气动光学热辐射校正恰好是应用中的一个重要方向。
[0003]退化图像的热辐射效应主要来自高温光学窗口自身辐射，是一种加性空间非均匀性噪声模型。高速飞行器在大气层内飞行时，光学图像由于气动加热而处于严重的气动热环境中，从而产生强烈的热辐射效应，进而影响目标的探测和识别。此外，带有光学成像探测制导系统的高速飞行器在大气层内飞行时，其光学头罩与来流之间发生剧烈的相互作用，引起周围大气显著变化。此外由于空气粘性的作用，与光学窗口表面相接触的气流将受到阻滞，使得气流速度降低，在窗口表面附近形成边界层。边界层内具有很大速度梯度的各层会产生强烈的摩擦，气流的动能会不可逆地转变成热能，造成窗口壁面温度的升高。光学窗口由于被气动加热而处于严重的气动热环境中，因此光学图像产生了热辐射背景噪声，使成像饱和以及信噪比劣化，降低了光学成像探测系统的信噪比和图像质量。
[0004]近年来，气动热辐射校正得到了一定的发展，但是至今未从气动热辐射强度中心和范围为突破点进行热辐射校正。此外，现有方法并未考虑强度中心和范围，使得较多高频干扰目标像素点参与到热辐射效应的估计中，导致低频热辐射效应层估计不够精确；与此同时，现有的方法是将同图像尺寸大小的零矩阵作为校正模型的初始值，加入到校正模型中，不断迭代和优化，整个过程需要求解多个参数，并且需要进行大量的迭代才能得到校正后的图像。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种气动热辐射效应校正方法，解决气动热辐射校正精确差以及校正计算复杂的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种气动热辐射效应校正方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取气动热辐射退化图像s，通过图像分解算法分解为平滑层p和纹理细节层w；
[0008]S2、对平滑层p进行像素阈值标记处理，确定热辐射强度中心；
[0009]S3、获得平滑层p的梯度图，通过设定两个不同大小的邻域窗口遍历梯度图，确定强度中心范围；
[0010]S4、对平滑层p进行滤波处理，再根据强度中心范围内的像素点对平滑层p进行高斯曲面拟合，获得初始热辐射效应层的高斯分布曲面参数；
[0011]S5、对纹理细节层w添加帧波正则化约束，再结合高斯分布曲面b的正则化约束，建立基于范数最小化的图像校正模型；
[0012]S6、对图像校正模型进行Split Bregman迭代求解，得到校正后的清晰图像f。
[0013]进一步地，步骤S2中，对平滑层p进行像素阈值标记处理，确定热辐射强度中心具体为：
[0014]通过设置一定的灰度值阈值，在平滑层p图像中进行标记以确定标记范围，再通过图像中标记范围的像素，根据重心公式确定热辐射强度中心(x0,y0)：
[0015][0016]其中，(x
i
,y
i
)表示标记像素的坐标，n是标记像素的总个数。
[0017]进一步地，步骤S3中，通过设定两个不同大小的邻域窗口遍历梯度图，确定强度中心范围具体为：
[0018]设置两个大小不同的窗口，从强度中心向图像边界遍历，当同时满足以下三个条件：
[0019](a)小窗口内像素间梯度的最大值大于设置的阈值；
[0020](b)大窗口内像素间梯度的最大值大于设置的阈值；
[0021](c)大窗口内梯度的最大值大于或者等于小窗口内梯度的最大值；
[0022]则停止遍历，输出对应像素坐标位置(x
i
，y
i
)，以此来确定气动热辐射层的目标区域。
[0023]进一步地，两个窗口的大小分别为3*3和5*5。
[0024]进一步地，通过Sobel算子获得平滑层p的梯度图。
[0025]进一步地，步骤S4中，根据强度中心范围内的像素点对平滑层p进行高斯曲面拟合，获得初始热辐射效应层的高斯分布曲面参数具体为：
[0026]对强度中心范围内的像素点进行等间隔或等比例选取，将选取的像素点和强度中心位置的像素点带入到高斯曲面函数中进行求解和拟合，从而获得初始高斯分布曲面的参数。
[0027]进一步地，将选取的像素点和强度中心位置的像素点带入到高斯曲面函数中进行求解和拟合包括：
[0028]高斯曲面函数为：
[0029][0030]其中，z为获取的采样像素点坐标(x,y)的灰度值，(μ1，μ2)为强度中心坐标，σ为高斯函数的均方差，为高斯分布的幅值；
[0031]将高斯曲面函数两边同时取对数，得：
[0032][0033]再将上式进行转换，得：
[0034]lnz＝k0+k1x+k2y+k3x2+k4y2[0035]其中，
[0036]高斯曲面的拟合，即求Q＝min∑(k0+k1x+k2y+k3x2+k4y2‑
lnz)2，由最小值条件可知分别对k0、k1、k2、k3、k4求偏导，得：
[0037][0038]将上式化简，如下所示：
[0039][0040]将上式转换为矩阵的形式，有：
[0041]AK＝B
[0042]其中，K＝(k0、k1、k2、k3、k4)是高斯曲面的拟合参数，此为线性方程的解问题，得：
[0043]K＝A
‑1B
[0044]结合高斯曲面函数，此时拟合的曲面方程为：
[0045]b＝exp(k0+k1x+k2y+k3x2+k4y2)。
[0046]进一步地，对平滑层p进行3*3大小的中值滤波。
[0047]进一步地，步骤S5中，对纹理细节层w添加帧波正则化约束，再结合高斯分布曲面b的正则化约束，建立基于范数最小化的图像校正模型具体为：
[0048]对纹理细节层w添加帧波正则化约束‖Wf‖1，再结合初始高斯分布曲面的正则化约束建立基于L1范数和L2范数的图像校正模型，图像校正模型表达式为：
[0049][0050]其中，α、β、γ为惩罚函数，||.||1为L1范数，为L2范数，b表示高斯分布曲面，
表示梯度算子。
[0051]进一步地，步骤S6中，对图像校正模型进行Split Bregman迭代求解，得到校正后的清晰图像f具体为：
[0052]f的迭代求解过程如下：
[0053][0054]令d2→
Wf，并引入Split Bregman辅助变量b2，此时上式表示为：
[0055][0056]使用Split Bregman迭代求解f和d2，首先对X求解过程如下：
[0057][0058]对于清晰图像f的迭代求解公式进行更新表示：
[0059][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动热辐射效应校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取气动热辐射退化图像s，通过图像分解算法分解为平滑层p和纹理细节层w；S2、对平滑层p进行像素阈值标记处理，确定热辐射强度中心；S3、获得平滑层p的梯度图，通过设定两个不同大小的邻域窗口遍历梯度图，确定强度中心范围；S4、对平滑层p进行滤波处理，再根据强度中心范围内的像素点对平滑层p进行高斯曲面拟合，获得初始热辐射效应层的高斯分布曲面参数；S5、对纹理细节层w添加帧波正则化约束，再结合高斯分布曲面b的正则化约束，建立基于范数最小化的图像校正模型；S6、对图像校正模型进行Split Bregman迭代求解，得到校正后的清晰图像f。2.根据权利要求1所述的气动热辐射效应校正方法，其特征在于，步骤S2中，对平滑层p进行像素阈值标记处理，确定热辐射强度中心具体为：通过设置一定的灰度值阈值，在平滑层p图像中进行标记以确定标记范围，再通过图像中标记范围的像素，根据重心公式确定热辐射强度中心(x0,y0)：其中，(x
i
,y
i
)表示标记像素的坐标，n是标记像素的总个数。3.根据权利要求1所述的气动热辐射效应校正方法，其特征在于，步骤S3中，通过设定两个不同大小的邻域窗口遍历梯度图，确定强度中心范围具体为：设置两个大小不同的窗口，从强度中心向图像边界遍历，当同时满足以下三个条件：(a)小窗口内像素间梯度的最大值大于设置的阈值；(b)大窗口内像素间梯度的最大值大于设置的阈值；(c)大窗口内梯度的最大值大于或者等于小窗口内梯度的最大值；则停止遍历，输出对应像素坐标位置(x
i
，y
i
)，以此来确定气动热辐射层的目标区域。4.根据权利要求3所述的气动热辐射效应校正方法，其特征在于，两个窗口的大小分别为3*3和5*5。5.根据权利要求1或3或4所述的气动热辐射效应校正方法，其特征在于，通过Sobel算子获得平滑层p的梯度图。6.根据权利要求1所述的气动热辐射效应校正方法，其特征在于，步骤S4中，根据强度中心范围内的像素点对平滑层p进行高斯曲面拟合，获得初始热辐射效应层的高斯分布曲面参数具体为：对强度中心范围内的像素点进行等间隔或等比例选取，将选取的像素点和强度中心位置的像素点带入到高斯曲面函数中进行求解和拟合，从而获得初始高斯分布曲面的参数。7.根据权利要求6所述的气动热辐射效应校正方法，其特征在于，将选取的像...

【专利技术属性】
技术研发人员：时愈，李汝洲，洪汉玉，张丽琴，杜敦伟，赵欣，张天序，桑农，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：