《基於計算攝影的運動模糊清晰化方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由張軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於計算攝影的運動模糊清晰化方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張軍
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
運動模糊圖像清晰化問題是圖像處理領域中的基礎性問題和難題。由於運動過程的複雜性以及反卷積問題的病態性，傳統復原方法的效果和效率往往不盡人意。計算攝影是利用計算機及軟體方法結合現代感測器、現代光學等技術創造出新型攝影設備及套用的新技術。使用計算攝影技術突破傳統運動模糊圖像清晰化成為該領域中研究的熱點問題。本項目結合高速相機和高解析度相機兩種相機各自的信息優勢以及編碼控制曝光技術在運動模糊圖像的頻域保護原理，提出一種高速相機和編碼曝光相機構成的混合編碼曝光相機框架，利用高速相機記錄運動過程測量運動軌跡獲得點擴展函式，利用編碼曝光技術將反問題的病態性轉化為良態，從而快速求解清晰圖像。本項目綜合攝像測量技術、圖像處理技術、計算攝影技術進行運動模糊圖像清晰化研究，解決傳統運動模糊復原方法效果差、效率不高的難題。本項目成果在對月探測、高速無人機對地偵察以及交通監控等軍用和民用方向均有廣泛的套用空間。
結題摘要
運動模糊復原是圖像處理領域中的難題，困難在於難以準確估計實際運動模型。課題基於計算攝影技術解決傳統方法中需要依靠複雜數學模型才能解決的難題，基本技術思路是採用混合相機和編碼曝光技術來解決點擴展函式難於求解和圖像反卷積病態性問題。混合相機由高速低解析度感測器和高解析度低速感測器構成，高解析度低速感測器通過編碼曝光方式採集高解析度圖像，在圖像獲取前端改變運動模糊的形成過程，從根本上解決了運動模糊復原的病態性。同時高速低解析度感測器記錄曝光過程中的圖像序列，套用視覺運動測量技術計算得到曝光過程中的運動參數，通過運動模糊建模，得到點擴展函式，從而完成運動模糊圖像復原。課題的主要研究內容及創新點如下：（1）基於成像過程的運動模糊機制研究，將圖像採集系統的成像過程納入到運動模糊機制分析中，建立了從三維場景到二維圖像的運動模糊模型，給出了多種運動情況下的點擴展函式求解方法。（2）混合視覺採集系統標定方法研究，針對混合相機空間解析度不同的特點，建立了以空間尺度為統一度量標準的混合視覺採集系統標定模型，利用相機間的空間幾何關係，提出了一種基於三維幾何約束的混合視覺系統相對外部參數估計方法，並實現了一種多約束的改進SUSAN角點檢測算法，對比實驗表明提出算法的準確性得到了較大提高。（3）基於立體視覺的三維運動測量方法研究，結合立體匹配和運動匹配兩種約束條件，提出了一種立體-運動雙約束SIFT立體運動測量方法，通過極線約束縮小匹配搜尋空間，採用運動約束提高準確性和可靠性，並實現了一種局部運動模糊下的目標檢測算法，實驗表明目標檢測算法檢測效果精確，運動測量算法時間效率和測量精度都得到提升。（4）基於混合編碼曝光的運動模糊圖像復原方法，針對紋理背景對模糊區域的不良影響、最優碼搜尋時間長、解析度損失等問題，融合套用混合相機的信息優勢，提出了一種基於混合編碼曝光的運動模糊圖像復原方法，解決已有技術無法自動獲取運動模糊長度和不適用紋理背景的問題，擴展了編碼曝光技術的套用範圍，在復原時間效率方面較傳統復原方法具有較大的優勢，經程式最佳化後有望達到實時。（5）高速視頻重建方法研究。使用三維雙曲線小波基稀疏表示高速視頻信號的空間冗餘和時間冗餘，並基於不同尺度的分解來適應視頻信號在空間維和時間維上的不同平滑度，利用了l1凸最佳化模型融合先驗知識，通過最小化凸最佳化問題實現高質量高速視頻幀的重建。
