一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)各領(lǐng)域信息化建設(shè)均飛速發(fā)展的形勢(shì)下，數(shù)字城市、數(shù)字國(guó)土、數(shù)字林業(yè)、數(shù)字環(huán)保、數(shù)字公安、數(shù)字能源等數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程明顯加快，并已經(jīng)取得一定的成果。根據(jù)需要，及時(shí)的修編和更新地圖，建立定期更新的地理數(shù)據(jù)庫(kù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)土地利用變化情況，以及衍生最新時(shí)相的各類(lèi)專(zhuān)題圖都是需要迫切解決的問(wèn)題。目前制約這類(lèi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的首要因素是能否具備實(shí)用化的，高分辨率，連續(xù)穩(wěn)定并能快速接收使用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源。
[0003]航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面積、高現(xiàn)勢(shì)性的優(yōu)點(diǎn)，特別適合對(duì)陳舊的地理資料進(jìn)行更新，從而能夠滿(mǎn)足人們對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源的需要。該航拍影像是指在空中飛行的飛行器以不同的高度、角度、方位對(duì)實(shí)景實(shí)物進(jìn)行攝影，攝像所得到的圖像。然而，由于飛行器的飛行速度快，在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的高速飛行后其頭罩溫度會(huì)升高，因此，在長(zhǎng)時(shí)間的航拍過(guò)程中會(huì)隨有強(qiáng)烈的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)，降低了航拍成像系統(tǒng)的分辨力。
[0004]氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)則是指飛行器在稠密大氣層內(nèi)高速飛行時(shí)，氣流對(duì)飛行器產(chǎn)生的氣動(dòng)加熱在飛行器頭部周?chē)a(chǎn)生高溫，飛行器頭部激波與表面、氣流與外部氣流之間形成強(qiáng)湍流邊界層，當(dāng)目標(biāo)的光束通過(guò)湍流流場(chǎng)時(shí)，由于混合層氣體密度梯度的變化，光學(xué)系統(tǒng)將接收到模糊和抖動(dòng)的目標(biāo)圖像，如圖1所示。氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的存在無(wú)疑將大大影響航拍成像系統(tǒng)的分辨力。因此定量地高速測(cè)量計(jì)算氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的影響，并采取有效的方法補(bǔ)償、校正這種影響，成為航拍技術(shù)研制的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置，以減小或去除在航拍圖像獲取過(guò)程中發(fā)生的圖像質(zhì)量下降，通過(guò)提高圖像的清晰度使得圖像細(xì)節(jié)信息更加突出，以恢復(fù)退化模糊圖像的本來(lái)面目，提高航拍成像系統(tǒng)的分辨力。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置，該裝置具體包括:波前傳感器、圖像采集裝置和處理器；
[0008]所述波前傳感器，用于獲取所述探測(cè)目標(biāo)的反射光波經(jīng)過(guò)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)之后產(chǎn)生的畸變波前，提取所述畸變波前中的光學(xué)特征參數(shù);其中，所述光學(xué)特征參數(shù)至少包括:空間信息和/或時(shí)間信息；
[0009]所述圖像采集裝置，用于采集所述探測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到所述探測(cè)目標(biāo)的原始圖像；
[0010]所述處理器，用于根據(jù)所述光學(xué)特征參數(shù)和所述探測(cè)目標(biāo)的原始圖像進(jìn)行反卷積處理，得到所述探測(cè)目標(biāo)的復(fù)原圖像。
[0011]結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述裝置還包括分光鏡；
[0012]所述分光鏡，用于接收所述探測(cè)目標(biāo)的反射光波經(jīng)過(guò)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)之后產(chǎn)生的畸變波前，根據(jù)光譜特性將所述畸變波前分離為第一光波和第二光波;其中，所述第一光波和所述第二光波的光譜特性不同，且均攜帶有所述探測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)。
[0013]結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述波前傳感器，還用于接收所述分光鏡分離出的所述第一光波，提取所述第一光波中的光學(xué)特征參數(shù)。
[0014]結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述圖像采集裝置，還用于接收所述分光鏡分離出的所述第二光波，提取所述第二光波中攜帶的所述探測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到所述探測(cè)目標(biāo)的原始圖像。
[0015]結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述圖像采集裝置包括鏡頭、圖像傳感器和顯示屏；
[0016]所述鏡頭，用于接收所述分光鏡分離出的所述第二光波，將所述第二光波折射成對(duì)應(yīng)的折射光波;所述折射光波攜帶有探測(cè)目標(biāo)的原始圖像；
[0017]所述圖像傳感器，用于采集所述折射光波，將所述折射光波轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換將所述電信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到所述折射光波攜帶的探測(cè)目標(biāo)的原始圖像；
[0018]所述顯示屏，用于顯示所述探測(cè)目標(biāo)的原始圖像。
[0019]結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，其中，所述圖像采集裝置還包括光源；
[0020]所述光源，用于向所述探測(cè)目標(biāo)發(fā)送光波，以便于所述探測(cè)目標(biāo)接收所述光波后發(fā)射攜帶所述探測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)的反射光波。
[0021]結(jié)合第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第六種可能的實(shí)施方式，其中，所述圖像采集裝置為紅外熱像儀；
[0022]所述紅外熱像儀，用于接收所述探測(cè)目標(biāo)的反射光波經(jīng)過(guò)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)之后產(chǎn)生的紅外輻射，根據(jù)所述探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射強(qiáng)度與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)紅外輻射強(qiáng)度的差值運(yùn)算處理，得到與所述探測(cè)目標(biāo)的紅外輻射強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的所述探測(cè)目標(biāo)的原始圖像。
[0023]結(jié)合第一方面的第六種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第七種可能的實(shí)施方式，其中，所述處理器包括第一運(yùn)算模塊和第二運(yùn)算模塊；
[0024]所述第一運(yùn)算模塊，用于接收所述波前傳感器發(fā)送的所述第一光波中的光學(xué)特征參數(shù)，對(duì)所述光學(xué)特征參數(shù)進(jìn)行處理，得到遠(yuǎn)場(chǎng)光斑數(shù)據(jù);其中，所述遠(yuǎn)場(chǎng)光斑數(shù)據(jù)至少包括點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；
[0025]所述第二運(yùn)算模塊，用于根據(jù)所述遠(yuǎn)場(chǎng)光斑數(shù)據(jù)中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，對(duì)所述探測(cè)目標(biāo)的原始圖像進(jìn)行反卷積運(yùn)算，得到所述探測(cè)目標(biāo)的復(fù)原圖像。
[0026]結(jié)合第一方面的第七種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第八種可能的實(shí)施方式，其中，所述波前傳感器為哈特曼波前傳感器。
[0027]結(jié)合第一方面、第一方面的第一種可能的實(shí)施方式至第一方面的第八種可能的實(shí)施方式中任一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第九種可能的實(shí)施方式，其中，所述圖像采集裝置為照相機(jī)。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0029]本發(fā)明實(shí)施例提供的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置，包括:波前傳感器，用于獲取探測(cè)目標(biāo)的反射光波經(jīng)過(guò)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)之后產(chǎn)生的畸變波前，提取畸變波前中的光學(xué)特征參數(shù);其中，光學(xué)特征參數(shù)至少包括:空間信息和/或時(shí)間信息；圖像采集裝置，用于采集探測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)其成像處理得到探測(cè)目標(biāo)的原始圖像;處理器，用于根據(jù)光學(xué)特征參數(shù)和探測(cè)目標(biāo)的原始圖像進(jìn)行反卷積處理，得到探測(cè)目標(biāo)的復(fù)原圖像，其通過(guò)處理器進(jìn)行波前傳感器提取的光學(xué)特征參數(shù)與圖像采集裝置處理得到的探測(cè)目標(biāo)的原始圖像之間的反卷積運(yùn)算，能夠?qū)崟r(shí)高效地對(duì)氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)所導(dǎo)致的圖像模糊現(xiàn)象進(jìn)行校正復(fù)原，極大的提高航拍成像系統(tǒng)的分辨力且上述復(fù)原裝置小型化、成本較低而適用性較強(qiáng)。
[0030]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0031]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明所提供的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)導(dǎo)致圖像畸變的示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置中圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置中處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)中模糊圖像的復(fù)原裝置的應(yīng)用場(chǎng)景示意圖，其中，6(a)為探測(cè)目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)；圖6(b)為恢復(fù)出導(dǎo)致畸變的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù);圖6(c)探測(cè)目標(biāo)的原始圖像;6(d)為利用反卷積技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高分辨力的探測(cè)目標(biāo)的復(fù)原圖像。
[0038]主要元件符號(hào)說(shuō)明:
[0039]11、波前傳感器;22、圖