一种面向视频成像的实时大气去湍流方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，包括以下步骤：构建快速湍流校正模型；根据快速湍流校正模型建立湍流校正参数数据表；获取视频图像，检测视频图像的运动区域，获得运动与细节区域权重图；基于湍流校正参数数据表和当前视频图像的运动程度，选取对应的湍流校正参数；基于快速湍流校正模型和运动与细节区域权重图，对运动目标区域和背景区域分别进行湍流校正和畸变拖影抑制去除。应用于一种面向视频成像的实时大气去湍流方法的装置，包括分光棱镜、普通成像相机、傅里叶透镜、通光控制盘和成像传感器；克服了现有技术中不能实时对视频图像进行湍流校正和畸变拖影问题处理，提高了成像清晰化的可能性。提高了成像清晰化的可能性。提高了成像清晰化的可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向视频成像的实时大气去湍流方法及装置


[0001]本专利技术涉及成像优化
，更具体地，涉及一种面向视频成像的实时大气去湍流方法及装置。

技术介绍

[0002]大气湍流是大气中的一种重要运动形式，从宏观尺度上讲，是一种无序的、非确定性的流体运动，尤其是当上层空气温度低于下层空气温度而形成对流条件时尤为明显。大气湍流使大气折射率随时间和空间随机变化，湍流对光传播影响的本质就是改变了光波的原始波阵面，从而造成采集图像像质退化，如几何形变、模糊等，影响成像质量。大气湍流是造成图像退化的原因之一，大气湍流能够造成图像模糊降晰，它能够退化远距离拍摄的图像质量，如通过望远镜观测到外太空的星星表现出的模糊降晰，因为地球上的大气退化了图像的质量，大气湍流随机地干扰,使像元强度分布扩散、峰值降低、图像模糊、像素位置偏移及抖动,给目标识别带来了较大的困难。光学器件受到大气湍流的影响主要是当光经过折射率不均匀的大气结构到达接收器件后，其振幅和相位等参数都产生了随机的起伏变化。
[0003]湍流退化图像的复原是一个世界性的难题，也是国内外不少科学家们多年来一直想致力解决的问题。大气湍流退化图像复原的困难之处在于其退化模型是未知的和随机变化的，且很难用数学解析式来描述，另外退化图像还含有噪声，这进一步增加了复原的难度。传统的图像复原方法主要集中在退化模型已知情况下的图像复原。退化模型未知情况下的图像复原方法研究室近几年来图像处理技术中极富挑战性的课题，它具有很大的应用前景。
[0004]在现有的成像过程的大气去湍流的策略中，比如对比文献1，“一种远距离抗大气湍流的成像方法及系统”(专利：孙晓洁等.一种远距离抗大气湍流的成像方法及系统,CN201910272580.2[P].2019.)，专利技术人公开了一种远距离抗大气湍流的成像方法及系统，其在太阳光场下，采用探测器对目标物体进行N次连续成像，相邻两次成像间隔时间大于探测器曝光时间，采用空间各点和其自身的关联，利用N次连续成像的结果计算各点强度方差，可得到高对比度和信噪比的图像像质。此类方法面向的是超远距离，利用的是关联成像技术手段，且完全是基于图像的计算机处理手段，对于常见的1280
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1024视频成像难以实现实时性(24帧/秒)。此外，比如对比文件2，“一种可减弱大气湍流影响的成像方法及装置”(专利：许晓军等.一种可减弱大气湍流影响的成像方法及装置，CN201610149048.8[P].2016.)，其包含配套的成像采集装置，策略设计方面，核心在于解算全视场各视角方向相位波前畸变，估计点扩散函数PSF，最后通过空域频域求解到成像目标图像。此类方法核心在于利用类似微透镜阵列采集四维光场，计算的要求比较高，对于常见的1280
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1024视频成像，难以实现在有效分辨率提升(解决拖影等问题)的前提下保证实时性(24帧/秒)。针对1280
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1024像素级别的视频成像，现有大气去湍流技术一方面无法实现实时处理(24帧/秒)，另一方面图像场景中的运动与细节区域常常存在畸变和拖影问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供能够实时对视频图像进行湍流校正和实时处理畸变拖影问题的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法及装置。
[0006]技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，包括以下步骤，
[0007]构建快速湍流校正模型；
[0008]根据快速湍流校正模型建立湍流校正参数数据表；
[0009]获取视频图像，检测视频图像的运动区域，获得运动与细节区域权重图；
[0010]基于湍流校正参数数据表和当前视频图像的运动程度，选取对应的湍流校正参数；
[0011]基于快速湍流校正模型和运动与细节区域权重图，对运动目标区域和背景区域分别进行湍流校正和畸变拖影抑制去除。
[0012]进一步地，构建快速湍流校正模型，包括根据视频图像内容，对多帧图像进行加权求和，得到当前时刻的去畸变结果，其中，加权系数和为1。
[0013]进一步地，所述对多帧图像进行加权求和为对当前时刻的输入图像和前一帧的输入图像的去畸变结果进行加权求和。
[0014]进一步地，根据快速湍流校正模型建立湍流校正参数数据表，包括基于物体运动速度的速度区间，采集不同运动程度的视频图像；根据快速湍流校正模型，采用不同的加权系数组合进行测试，获得不同运动程度下的去湍流效果最佳的加权系数组合，建立湍流校正参数数据表。
[0015]进一步地，所述运动与细节区域权重图，包括根据高频信息和低频信息的绝对值与二维高斯函数的卷积和计算得到。
[0016]进一步地，所述当前视频图像的运动程度包括对连续捕获的当前帧和前一帧的图像求平均值，根据平均值确定当前视频图像的运动程度。
[0017]进一步地，基于快速湍流校正模型和运动与细节区域权重图，对运动目标区域和背景区域分别进行湍流校正和畸变拖影抑制去除，包括根据当前时刻的运动与细节区域权重图、当前时刻的输入图像和前一帧的去畸变结果计算得到当前时刻的去畸变结果。
[0018]一种面向视频成像的实时大气去湍流装置，应用于一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，包括分光棱镜、普通成像相机、傅里叶透镜、通光控制盘和成像传感器，所述分光棱镜、所述普通成像相机、所述傅里叶透镜、所述通光控制盘和所述成像传感器位于同一光轴上；
[0019]所述分光棱镜用于对光线进行反射和透射；
[0020]所述普通成像相机位于所述分光棱镜的左下方，根据接收到的反射光捕获当前的视频图像；
[0021]所述傅里叶透镜分为第一傅里叶透镜和第二傅里叶透镜，透射光经过所述第一傅里叶透镜到达所述通光控制盘，形成光学频谱；所述第二傅里叶透镜用于将滤波后的光学频谱进行反变换，得到滤波后的空间图像；
[0022]所述通光控制盘位于所述第一傅里叶透镜和所述第二傅里叶透镜中间，所述通光控制盘设有第一通光孔和第二通光孔，用于对光学频谱进行滤波；
[0023]所述成像传感器位于所述第二傅里叶透镜后焦面，用于获取滤波后的视频图像。
[0024]更进一步地，所述第一通光孔和所述第二通光孔的孔径相同。
[0025]进一步地，所述第一通光孔位于所述通光控制盘低频区域，用于透过低频信息；所述第二通光孔位于所述通光控制盘高频区域，用于透过高频信息。
[0026]更进一步地，所述成像传感器的帧频为普通成像相机的2倍。
[0027]一种计算机设备，包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器，所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求一种面向视频成像的实时大气去湍流方法。
[0028]有益效果：本专利技术设计了基于参数数据表事先训练的湍流校正模型；提出了结合光机电算的运动估计与细节区域检测，并获得了运动与细节区域权重图和实现了运动程度估计；并提出了基于运动与细节区域权重图的湍流校正和畸变拖影抑制去除方法；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，包括以下步骤，构建快速湍流校正模型；根据快速湍流校正模型建立湍流校正参数数据表；获取视频图像，检测视频图像的运动区域，获得运动与细节区域权重图；基于湍流校正参数数据表和当前视频图像的运动程度，选取对应的湍流校正参数；基于快速湍流校正模型和运动与细节区域权重图，对运动目标区域和背景区域分别进行湍流校正和畸变拖影抑制去除。2.根据权利要求1所述的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，构建快速湍流校正模型，包括根据视频图像内容，对多帧图像进行加权求和，得到当前时刻的去畸变结果，其中，加权系数和为1。3.根据权利要求2所述的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，所述对多帧图像进行加权求和为对当前时刻的输入图像和前一帧的输入图像的去畸变结果进行加权求和。4.根据权利要求1所述的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，根据快速湍流校正模型建立湍流校正参数数据表，包括基于物体运动速度的速度区间，采集不同运动程度的视频图像；根据快速湍流校正模型，采用不同的加权系数组合进行测试，获得不同运动程度下的去湍流效果最佳的加权系数组合，建立湍流校正参数数据表。5.根据权利要求1所述的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，所述运动与细节区域权重图，包括根据高频信息和低频信息的绝对值与二维高斯函数的卷积和计算得到。6.根据权利要求1所述的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，所述当前视频图像的运动程度包括对连续捕获的当前帧和前一帧的图像求平均值，根据平均值确定当前视频图像的运动程度。7.根据权利要求1所述的一种面向视频成像的实时大气去湍流方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巨峰，田海军，崔光茫，唐璇季，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：