发明内容
本发明提供一种图像处理方法及基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法,以解决现有技术中衍射成像***成像得到的图像带有衍射图案,不能真实的反映目标物信息的问题。
第一方面,本发明提供一种图像处理方法,包括:
衍射成像***对目标物成像并获取原始图像,所述原始图像为带有衍射图案的图像;
获得所述衍射成像***的点扩散函数;
根据所述点扩散函数,从所述原始图像中还原生成目标图像,所述目标图像为目标物的图像。
进一步地,所述方法还包括:
根据所述点扩散函数的各级衍射峰强度以及对应各级衍射峰的位置,生成所述目标图像。
进一步地,所述获得所述衍射成像***的点扩散函数,包括:
根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;
对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;
根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;
对所述频域的传递函数进行傅里叶逆变换,生成所述衍射成像***的点扩散函数。
进一步地,所述方法还包括,在获得所述屏后光强分布函数后,
如果所述衍射成像***包括设于衍射屏后的透镜,则根据所述屏后光强分布函数、透镜函数及自由传播函数,确定频域的传递函数。
进一步地,所述方法还包括,在获得所述屏后光强分布函数后,
如果所述衍射成像***包括设于衍射屏后的波带片,则根据所述屏后光强分布函数、波带片函数及自由传播函数,确定频域的传递函数,其中,所述波带片函数是指用于表示所述波带片结构的函数。
进一步地,所述获得所述衍射成像***的点扩散函数,包括:
获取第一图像,所述第一图像为在标准光源下,衍射成像***获得的图像;
确定所述第一图像的各级衍射峰强度;
根据所述第一图像的各级衍射峰强度,确定第一扩散函数,所述第一扩散函数为所述标准光源的形状和点扩散函数的卷积;
根据所述标准光源的形状,对所述第一扩散函数进行逆卷积,获得所述衍射成像***的点扩散函数。
进一步地,所述获得所述衍射成像***的点扩散函数,包括:
获取预设数量的原始图像;
获取每个所述原始图像的各级衍射峰的位置和强度;
拟合所有原始图像的各级衍射峰的位置和强度;
根据拟合结果,确定所述衍射成像***的点扩散函数。
进一步地,所述方法还包括:
如果所述原始图像为过曝图像,则根据所述点扩散函数,确定所述原始图像的各级衍射峰之间的强度关系;
确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度;
根据所述强度关系和所述真实次级衍射峰强度,确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
进一步地,所述确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度,包括:
获取所述过曝图像中次级衍射峰周围图像强度的平均值;
根据所述过曝图像中次级衍射峰强度和所述平均值的差值,确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度。
进一步地,所述方法还包括:
如果所述原始图像为过曝图像,则获取过曝成像时的第一成像参数;
调整所述衍射成像***的第一成像参数为第二成像参数;
按照所述第二成像参数,获取第二图像,且所述第二图像为不过曝图像;
确定所述第二图像中主峰强度;
根据所述第二图像中主峰强度、第一成像参数和第二成像参数,确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
进一步地,当所述原始图像为彩色图像时,所述方法包括:
获取每个颜色通道的单色原始图像;
获得每个颜色通道对应的点扩散函数;
根据所述点扩散函数,从对应所述单色原始图像中还原生成单色目标图像;
根据生成的各颜色通道对应的单色目标图像,合成彩色目标图像。
进一步地,
如果获取的单色原始图像中既包括过曝图像,也包括未过曝图像,则获取第三成像参数和第四成像参数,其中,所述第三成像参数为单色原始图像中过曝图像的成像参数,所述第四成像参数为单色原始图像中未过曝图像的成像参数;
确定所述单色图像中未过曝图像的主峰强度;
根据所述未过曝图像的主峰强度、第三成像参数和第四成像参数,确定所述单色原始图像中过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
第二方面,本发明提供一种基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法,包括:
获取原始图像;
如果所述原始图像为带有衍射图案的图像,则调整衍射屏函数;
根据光波函数和调整后的衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;
对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;
根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;
对所述频域的传递函数进行傅里叶逆变换,生成调整后的所述衍射成像***的点扩散函数;
根据调整后的所述衍射成像***的点扩散函数和原始图像,生成第一目标图像;
如果所述第一目标图像中的衍射图案相对于原始图像中的衍射图案削弱,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。
进一步地,所述调整衍射屏函数,包括:
调整所述衍射屏结构为非周期性结构;
根据调整后衍射屏结构,获得调整后衍射屏函数。
第三方面,本发明又一种基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法,包括:
获取原始图像;
根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;
对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;
根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;
如果所述频域的传递函数在低频处的值不满足第一预设阈值范围,则调整所述衍射屏函数;
根据调整后的衍射屏函数,生成调整后的频域的传递函数;
如果调整后的频域的传递函数在低频处的值满足第一预设阈值范围,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。
本发明实施例提供的一种图像处理方法及基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法,该图像处理方法利用点扩散函数,可以将原始图像中的衍射图案削弱甚至消除,以得到目标图像,从而真实的反映目标物信息。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行详细说明。
参见图1,图1示出了本发明实施例公开的一种图像处理方法的工作流程示意图。该图像处理方法,包括:
步骤101、衍射成像***对目标物成像并获取原始图像,所述原始图像为带有衍射图案的图像。
由前述背景技术可知,衍射成像***是指主要依赖光的波动性成像的光学***,在衍射成像***中成像时,目标物上的一个点所发出的光线在衍射屏(透光部的排布)处受到阻碍,会形成衍射图案,如衍射条纹。
步骤102、获得所述衍射成像***的点扩散函数。
点扩散函数(Point Spread Function,PSF)是指在光学***中,输入物为一点光源时其输出像的光场分布。
获得所述衍射成像***的点扩散函数的实现方式包括多种。例如:
第一种实现方式:根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;对所述频域的传递函数进行傅里叶逆变换,生成所述衍射成像***的点扩散函数。
举例说明,衍射成像***如背景技术中所述的在显示屏的显示区域中设有透光部,所述透光部下方设置有摄像头,以使所述透光部上方的目标物所发出的光线穿过所述透光部,被所述摄像头采集。其中,透光部的排布相当于衍射屏,衍射屏函数用于描述衍射屏的结构,如衍射屏上透光部的数量、形状和大小。需要说明的是,衍射成像***不仅限于上述举例中结构,包括所有主要依赖光的波动性成像的光学***。
单位平面波或球面波U(x,y)与衍射屏函数T(x,y)相乘,获得屏后光强分布函数,对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱,乘以角谱的自由传播函数,即得到频域的传递函数H,对所述传递函数进行傅里叶逆变换,生成所述衍射成像***的点扩散函数。
如图2-图5为获得的点扩散函数的图像,其中,图2和图4为点扩散函数的二维图像,图2和图4中亮的部分对应的PSF值高,暗的部分对应的PSF值低,例如,图2和图4中,白色区域A处对应的PSF值高,灰色区域B处对应的PSF值低。图3和图5为点扩散函数的一维图像,其中,横坐标表示位置信息,如左右位置,纵坐标表示衍射峰强度值。
在第一种实现方式中,如果所述衍射成像***包括设于衍射屏后的透镜,则在获得所述屏后光强分布函数后,根据所述屏后光强分布函数、透镜函数及自由传播函数,确定频域的传递函数。
例如,衍射成像***为:在显示屏的显示区域中设有透光部,所述透光部下方设置有摄像头,所述显示屏还包括与所述透光部对应的透镜,透镜设置于衍射屏与摄像头之间,使透光部上方的目标物所发出的光线穿过所述透光部和所述透镜,被摄像头采集。如果所述衍射成像***包括设于衍射屏后的透镜,在获得所述衍射成像***的点扩散函数时,则在获得所述屏后光强分布函数后,根据所述屏后光强分布函数、透镜函数及自由传播函数,确定频域的传递函数。
在第一种实现方式中,如果所述衍射成像***包括设于衍射屏后的波带片,则在获得所述屏后光强分布函数后,根据所述屏后光强分布函数、波带片函数及自由传播函数,确定频域的传递函数,其中,所述波带片函数是指用于表示所述波带片结构的函数。
例如,衍射成像***为:在显示屏的显示区域中设有透光部,所述透光部下方设置有摄像头,所述显示屏还包括与所述透光部对应的波带片,波带片设置于衍射屏与摄像头之间,所述波带片包括遮光带和透光带,使透光部上方的目标物所发出的光线穿过所述透光部和所述透光带,被摄像头采集。如果所述衍射成像***包括设于衍射屏后的波带片,在获得所述衍射成像***的点扩散函数时,则在获得所述屏后光强分布函数后,根据所述屏后光强分布函数、波带片函数及自由传播函数,确定频域的传递函数,其中,所述波带片函数是指用于表示所述波带片结构的函数。需要说明的是,本方法中,由于衍射屏与波带片之间的距离很近,所以省略了计算衍射屏与波带片之间的自由传播函数与波带片的衍射屏函数相乘的过程。
上述第一种实现方式中,利用理论计算方法获得衍射成像***的点扩散函数,但是衍射成像***的各部件在制造和装配过程中会有一定的误差,为此提供第二种实现方式和第三种实现方式。
第二种实现方式,获得所述衍射成像***的点扩散函数方法,如图6所示,包括如下步骤:
步骤201、获取第一图像,所述第一图像为在标准光源下,衍射成像***获得的图像。
在暗室中利用亮度可控制的标准光源对目标物进行成像,获得第一图像。其中,标准光源是指该光源的发光性质已知,具体包括光源的形状已知,为了方便计算,标准光源的发光强度恒定,对于彩色光源,彩色光源的光谱已知。
步骤202、确定所述第一图像的各级衍射峰强度。
根据获得的第一图像,对其图像分析,可以确定所述第一图像的各级衍射峰强度。
步骤203、根据所述第一图像的各级衍射峰强度,确定第一扩散函数,所述第一扩散函数为所述标准光源的形状和点扩散函数的卷积。
步骤204、根据所述标准光源的形状,对所述第一扩散函数进行逆卷积,获得所述衍射成像***的点扩散函数。
由于理论计算点扩散函数时,利用点光源进行计算,但现实中基本不存在理想的点扩散函数,因此第二种实现方式中,在标准光源下成像,获得标准光源对应的扩散函数,为了便于说明,称为第一扩散函数,第一扩散函数为所述标准光源的形状和点扩散函数的卷积,再根据所述标准光源的形状,对所述第一扩散函数进行逆卷积,以消除光源形状的影响,获得点光源对应的点扩散函数。
第三种实现方式,获得所述衍射成像***的点扩散函数方法,包括如下步骤:
获取预设数量的原始图像;
获取每个所述原始图像的各级衍射峰的位置和强度;
拟合所有原始图像的各级衍射峰的位置和强度;
根据拟合结果,确定所述衍射成像***的点扩散函数。
上述第三种实现方式是一种统计拟合的方式确定衍射成像***的点扩散函数。通过对足够数量的原始图像进行分析,得到每个原始图像的各级衍射峰的位置和强度,对得到的各级衍射峰的位置和强度进行拟合处理,从而统计出衍射成像***的点扩散函数。
在利用上述第二种实现方式和第三种实现方式获得衍射成像***的点扩散函数时,为了保证得到准确的PSF,首先,确定影响PSF准确性的因素主要有:成像过程中的曝光程度和噪声的影响。
因此,基于上述影响因素,在利用上述第二种实现方式和第三种实现方式获得衍射成像***的点扩散函数时,为了获得准确的点扩散函数,衍射成像***在获得第一图像成像时要避免过曝。
进一步地,为了获得准确的点扩散函数,可以连续采集多张第一图像,对采集的多张第一图像均执行上述步骤201至步骤204,每个第一图像均对应获得一个点扩散函数,最后取点扩散函数的平均值,从而消除传感器随机噪声的影响,使获得的点扩散函数更准确。
进一步地,为了获得准确的点扩散函数,非主峰的低谷部分对点扩散函数的确定也是有意义的,具体的可以通过调整成像参数,如提高增益值和曝光时间,使原本图像传感器读数为零的点,有非零读数,从而确定准确的低谷部分的衍射峰强度。由于一般的图像传感器的动态范围只有255,而主峰强度和次级衍射峰强度之比往往达到50,当主峰强度在图像传感器上的读数为200时,对应的次级衍射峰强度读数只有4,而在图像传感器上读数在3.5到4.5之内的值都会被认为是4,所以误差会比较大。另外,图像传感器上衍射峰强度读数低于1的都测不出来,所以应该提高增益值和曝光时间,使得低谷部分的衍射峰强度的读数值较大。例如增益值提高10倍,曝光时间增加5倍,这时峰值增加5×10=50倍,进而次级衍射峰强度读数达到了4×50=200,从而可以准确地确定低谷部分的衍射峰强度。这时如果对应的主峰过曝了,可以通过增益的改变和曝光时间的改变确定出真实的主峰强度,例如,获取没有提高增益值和过曝时间的未过曝图像的主峰强度,然后根据未过曝图像的主峰强度、增益倍数以及曝光时间,确定过曝图像的真实主峰强度。
步骤103、根据所述点扩散函数,从所述原始图像中还原生成目标图像,所述目标图像为目标物的图像。
利用点扩散函数,将原始图像还原为能够真实反映目标物信息的目标图像包括多种实现方式。例如:
第一种实现方式,根据所述点扩散函数的各级衍射峰强度以及对应各级衍射峰的位置,生成所述目标图像。
在点扩散函数已知的情况下,相当于已知各级衍射峰强度以及对应各级衍射峰的位置,因此,可以根据各级衍射峰强度以及对应各级衍射峰的位置,生成所述目标图像。
第二种实现方式,在点扩散函数已知的情况下,利用逆滤波或维纳滤波等频域方法,从所述原始图像中还原生成目标图像。
首先说明利用逆滤波方法,从所述原始图像中还原生成目标图像。
衍射成像***对目标物成像的过程可以简单表示为表达式(1):
f(x,y)=o(x,y)*h(x,y) (1)
其中,f(x,y)表示原始图像;o(x,y)表示物面光强分布函数;h(x,y)表示点扩散函数,*为卷积。
表达式(1)的傅里叶变换形式为表达式(2):
F(u,v)=O(u,v)H(u,v) (2)
对表达式(2)进行变形,得到表达式(3)
再对表达式(3)进行逆变换,得到表达式(4)
由此可知,理论上讲,如果已知h(x,y)或H(u,v),且成像过程没有过曝和噪声的影响,可以完美复现o(x,y)。这种从所述原始图像中还原生成目标图像的方法称为逆滤波。
然而,现实的成像过程,一般使得F(u,v)包含噪声。在H(u,v)接近于零值时,逆滤波将极大地放大F(u,v)的噪声,此时,逆滤波对噪声是高度敏感的,实际上造成逆滤波无法使用。而现实中的H(u,v)在高频不可避免地接近于零值,此时,可以用维纳滤波来替代简单的逆滤波,如表达式(5)所示:
其中,H*(u,v)表示H(u,v)的共轭函数;K(u,v)表示基于噪信比的修正函数。
上述基于表达式(5),从所述原始图像中还原生成目标图像的方法称为维纳逆滤波。
上述维纳滤波方法中,适用于原始图像没有过曝,但是存在噪声影响的情况。但是实际中,由于成像过曝或过暗,当成像区域内包含强光时,容易在原始图像上产生过曝点。过曝的产生是由于像方对应位置能量太高,超出了图像传感器的表示范围上限,输出值被截断造成的,也就无法得知过曝点的真实光强,从而无法还原真实图像,也就不能准确地消除或削弱衍射图案。
举例说明:假设拍摄的夕阳图像过曝了,其旁边的光点刚好与夕阳旁边的建筑A重合,所以建筑A本来可能是比较暗的建筑,如,建筑A本来的图像强度读数为10,由于过曝点的次级衍射峰与建筑A重合,所以建筑A的衍射峰强度读数变成了30,根据PSF可以知道主峰与次级衍射峰的强度比例关系,如,主峰与次级衍射峰的强度比为100:2,因此,根据主峰与次级衍射峰的强度的比例关系和主峰强度,能够确定过曝点的次级衍射峰强度,如,主峰强度为1000,则对应的过曝点的次级衍射峰强度为20,进一步,用过曝点的次级衍射峰与建筑A重合的衍射峰强度30减去过曝点的次级衍射峰的强度20,以消除建筑A处过曝点的次级衍射峰的影响,从而得到建筑A本来的图像强度为10。
上述方法中是原始图像过曝时,还原生成目标图像的方法。上述方法中,在已知过曝图像中过曝区域的真实主峰强度为1000的情况下,消除过曝点的次级衍射峰的影响,进一步还原原始图像生成目标图像。但是现实情况是,当原始图像过曝时,过曝点超出了图像传感器的表示范围上限,输出值被截断,也就无法得知过曝点的真实光强,即无法得知过曝图像中过曝区域的真实主峰强度,从而无法确定过曝点的真实次级衍射峰强度,也就无法消除过曝点的次级衍射峰的影响,进而无法消除或削弱衍射图案,不能还原原始图像。由此可知,当原始图像为过曝图像时,为了将过曝图像还原为目标图像,关键是要确定过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
下面提供两种确定过曝图像中过曝区域的真实主峰强度的实现方式:
第一种实现方式,如图7所示,包括如下步骤:
步骤301、如果所述原始图像为过曝图像,则根据所述点扩散函数,确定所述原始图像的各级衍射峰之间的强度关系。
原始图像的各级衍射峰之间的强度关系包括真实次级衍射峰强度与真实主峰强度的关系。其中,真实次级衍射峰强度是指过曝图像中过曝点的真实的次级衍射峰强度。
步骤302、确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度。
步骤303、根据所述强度关系和所述真实次级衍射峰强度,确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
上述步骤中,确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度后,利用真实次级衍射峰强度与真实主峰强度的关系,即可计算出真实主峰强度。
进一步地,在上述第一种实现方式中,确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度的方法可以通过获取所述过曝图像中次级衍射峰周围图像强度的平均值;再根据所述过曝图像中次级衍射峰强度和所述平均值的差值,确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度。
其中,所述过曝图像中次级衍射峰强度是指图像传感器表示的强度,即过曝点的次级衍射峰与过曝图像中次级衍射峰处本来的图像强度叠加后的衍射峰强度,如上述例子中的由于过曝点的次级衍射峰与建筑A重合,所以建筑A的衍射峰强度读数变成了30,其中,建筑A的衍射峰强度读数变成了30即指过曝图像中次级衍射峰强度。通过获取所述过曝图像中次级衍射峰周围图像强度的平均值,来估算次级衍射峰处本来的图像强度,相当于确定建筑A本来的图像强度为10。最后,过曝图像中次级衍射峰强度与所述平均值的差值,即为过曝图像的真实次级衍射峰强度。
过曝图像中包括主峰、一个比较大的次级衍射峰(过曝图像中次级衍射峰)和其他比较小的主峰,所述过曝图像中次级衍射峰周围图像强度是指那些比较小的主峰(相当于亮度变化不大的区域),其具体范围可以限定一个预设强度阈值,取满足预设强度阈值的主峰为过曝图像中次级衍射峰周围图像强度。
举例说明,过曝图像为拍摄的夜空中的星星,过曝图像中包括黑空和过曝区域的星星,受过曝点的影响,过曝点附近会出现较高的次级衍射峰,即过曝图像中次级衍射峰,但是,由于图像中只有夜空和星星,所以可以判断出较高的次级衍射峰处本来的图像强度应该是与其周围的黑空的图像强度是相同的,所以通过获取较高的次级衍射峰处周围图像的平均值,来确定较高的次级衍射峰处本来的图像强度,再通过过曝图像中次级衍射峰强度减去较高的次级衍射峰处本来的图像强度,得到过曝图像的真实次级衍射峰强度,最后通过强度关系,可计算出真实主峰强度。
在另一个例子中,拍摄蓝天上太阳,获得一张过曝图像,过曝图像中蓝天的亮度变化不大,如蓝天的图像强度读数为10,但是现在拍摄的图像中受过曝点的次级衍射峰的影响过曝点附近的蓝天的衍射峰强度读数变为了30,由于蓝天上大部分的亮度是相同的,所以,通过获取较高的次级衍射峰处(衍射峰强度读数为30处)周围图像强度的平均值,可以确定较高的次级衍射峰处原来的图像强度为平均值10,从而可以确定过曝图像的真实次级衍射峰强度为20(30-10),最后通过强度关系,可计算出真实主峰强度。
第二种实现方式,如图8所示,包括如下步骤:
步骤401、如果所述原始图像为过曝图像,则获取过曝成像时的第一成像参数。
步骤402、调整所述衍射成像***的第一成像参数为第二成像参数;
步骤403、按照所述第二成像参数,获取第二图像,且所述第二图像为不过曝图像;
步骤404、确定所述第二图像中主峰强度;
步骤405、根据所述第二图像中主峰强度、第一成像参数和第二成像参数,确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
上述步骤401-步骤405中,采集两帧图像包括过曝图像和不过曝图像,采用第一成像参数采集过曝图像,采用第二成像参数采集不过曝图像(第二图像),其中成像参数包括增益值和曝光时间等,采集不过曝图像的第二成像参数中的增益值和曝光时间要小于第一成像参数中的增益值和曝光时间,例如第二成像参数中的增益值相比于第一成像参数中的增益值降低10倍,第二成像参数中的曝光时间相比于第一成像参数中的曝光时间减少5倍。由于第二图像没有过曝,可以读出真实的主峰强度,如第二图像中主峰强度为50,第二成像参数相比于第一成像参数增加了50倍(增益值倍数与曝光时间倍数的乘积),则根据第二图像中主峰强度为50和第二成像参数相比于第一成像参数增加了50倍,确定过曝图像中过曝区域的真实主峰强度为2500(第二图像中主峰强度与成像参数增加倍数的乘积)。
当所述原始图像为彩色图像时,图像处理方法包括如下步骤:
获取每个颜色通道的单色原始图像。
获得每个颜色通道对应的点扩散函数。在获取任一颜色通道的点扩散函数时,可以采用上述实施例中任一获取点扩散函数的方法,此处不再赘述。
根据所述点扩散函数,从对应所述单色原始图像中还原生成单色目标图像。在从对应所述单色原始图像中还原生成单色目标图像时,可以采用上述实施例中任一将原始图像还原生成目标图像的方法,此处不再赘述。
根据生成的各颜色通道对应的单色目标图像,合成彩色目标图像。
彩色图像包括红、绿、蓝三色通道,分别生成红、绿、蓝三色通道对应的单色目标图像后,经过图像处理合成彩色目标图像。
进一步的,当原始图像为彩色图像,并且所述彩色图像过曝时,除了可以用上述实施例中提供的两种实现方式确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度,还可以通过第三种实现方式确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
第三种实现方式,包括如下步骤:
如果获取的单色原始图像中既包括过曝图像,也包括未过曝图像,则获取第三成像参数和第四成像参数,其中,所述第三成像参数为单色原始图像中过曝图像的成像参数,所述第四成像参数为单色原始图像中未过曝图像的成像参数。
确定所述单色图像中未过曝图像的主峰强度。
根据所述未过曝图像的主峰强度、第三成像参数和第四成像参数,确定所述单色原始图像中过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
如果彩色图像的三个颜色通道对应的三个单色原始图像中包括过曝图像和未过曝图像,那么过曝图像和未过曝图像相当于采用了不同的成像参数,如曝光时间不同,基于此可以应用上述确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度的第二种实现方式,确定彩色图像中过曝的单色原始图像中过曝区域的真实主峰强度,此处不再赘述。
以上实施例部分介绍了对于衍射成像***生成的带有衍射图案的原始图像的图像处理方方,经过上述图像处理方法,可以将原始图像中的衍射图案削弱甚至消除,以得到目标图像,从而真实的反映目标物信息。
基于上述实施例中的图像处理方法,可以利用得到的点扩散函数反推出衍射屏函数,从而确定衍射屏的结构,即衍射屏上孔的数量、形状和大小。因此,本申请还提供一种基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法,如图9所示,包括如下步骤:
步骤501、获取原始图像。
步骤502、如果所述原始图像为带有衍射图案的图像,则调整衍射屏函数。
步骤503、根据光波函数和调整后的衍射屏函数,获得屏后光强分布函数。
步骤504、对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱。
步骤505、根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数。
步骤506、对所述频域的传递函数进行傅里叶逆变换,生成调整后的所述衍射成像***的点扩散函数。
步骤507、根据调整后的所述衍射成像***的点扩散函数和原始图像,生成第一目标图像。
步骤508、如果所述第一目标图像中的衍射图案相对于原始图像中的衍射图案削弱,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。
其中,根据调整后的衍射屏函数,计算衍射成像***的点扩散函数,具体包括:根据光波函数和调整后的衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;对所述传递函数进行傅里叶逆变换,生成调整后的所述衍射成像***的点扩散函数,以上步骤可以参见获得所述衍射成像***的点扩散函数的第一种实现方式的说明,此处不再赘述。
上述步骤501-步骤508,通过调整衍射屏函数,根据调整后衍射屏函数,生成调整后的所述衍射成像***的点扩散函数,并生成第一目标图像,然后对生成的第一目标图像进行判断,如果所述第一目标图像中的衍射图案削弱,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。如果所述第一目标图像中的衍射图案没有削弱,则重新调整衍射屏函数,直至第一目标图像中的衍射图案削弱。衍射屏结构包括衍射屏上透光孔的数量、形状和大小,如背景技术中衍射成像***的透光部的排布。
其中,第一目标图像中的衍射图案削弱是指第一目标图像中的衍射图案相对于原始图像中的衍射图案减少。具体的,第一目标图像中的衍射图案削弱的判断标准可以是以下任意一个或几个:第一目标图像的次级衍射峰形相比于原始图像的次级衍射峰形平缓、第一目标图像的次级衍射峰值相比于原始图像的次级衍射峰值小、第一目标图像的次级衍射峰与主峰之间的距离相比于原始图像的次级衍射峰与主峰之间的距离大、第一目标图像的次级衍射峰与主峰不重叠。
进一步地,可以根据实际需要,对第一目标图像中的衍射图案削弱程度进行设定,当第一目标图像中的衍射图案削弱程度达到预设削弱程度,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。其中,预设削弱程度可以根据衍射图案削弱的判断标准来设定,例如预设削弱程度为第一目标图像的次级衍射峰与主峰不重叠;又例如预设削弱程度为第一目标图像的次级衍射峰的高度满足预设高度阈值;又例如预设削弱程度为第一目标图像的次级衍射峰值的满足预设强度阈值;又例如预设削弱程度为第一目标图像的次级衍射峰与主峰之间的距离满足预设尺寸阈值。
申请人在研究过程中发现,当调整的衍射屏结构为非周期性结构时,成像得到的图像的衍射图案较少,基于此可以先调整所述衍射屏结构为非周期性结构;然后根据调整后衍射屏结构,获得调整后衍射屏函数,再执行步骤503-步骤508。
其中,非周期性结构包括衍射屏上透光孔的数量为非周期的、衍射屏上各个透光孔的形状为非周期的、衍射屏上各个透光孔的尺寸为非周期的。如图10-图12所示,图10为多个尺寸相同的透光部非周期性排布的一种实现方式的示意图,图10中,在显示区域1上,第一个透光部2与第二个透光部2之间的间隔距离为s,第二个透光部2与第三个透光部2之间的间隔距离为s/2,第三个透光部2与第四个透光部2之间的间隔距离为s/3。图11为多个尺寸不同的透光部非周期性排布的一种实现方式的示意图,图11中,显示区域1上的多个透光部2之间的间隔距离s相同,但各个透光部2的直径d1、d2、d3、d4各不相同,呈无规律变化。图12为多个形状不同的透光部非周期性排布的一种实现方式的示意图,图12中,显示区域1上的多个透光部2的形状各不相同,呈无规律变化。
基于上述实施例中获取点扩散函数的方法,本申请还提供另一种基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法,如图13所示,包括如下步骤:
步骤601、获取原始图像。
步骤602、根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数。
步骤603、对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱。
步骤604、根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数。
上述步骤601-步骤604,获取原始图像;根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;以上步骤可以参见获得所述衍射成像***的点扩散函数的第一种实现方式的说明,此处不再赘述。
步骤605、如果所述频域的传递函数在低频处的值不满足第一预设阈值范围,则调整所述衍射屏函数。
由于在衍射成像***的点扩散函数的第一种实现方式时,在确定频域的传递函数后,对所述传递函数进行傅里叶逆变换,因此,需要传递函数可逆。由前文关于逆滤波和维纳滤波法的描述可知,为了满足传递函数可逆,传递函数在低频部分要尽量远离零值,当传递函数在低频部分有接近零值时,得到的点扩散函数不理想,所以,当传递函数在低频部分有接近零值时,调整所述衍射屏函数。例如,在物距为40厘米时(该物距是自拍时常用物距)设置低频为低于20线对/每厘米的频率,这相当于0.5毫米的分辨率,对于自拍来说已经足够清晰,其中,接近零值的范围为不满足第一预设阈值范围,如步骤605中的第一预设阈值范围为频率大于0.3,即如果所述传递函数在低频处的值小于等于0.3时,则调整所述衍射屏函数。
如图14所示,图14中示出一种频率与传递函数值的关系图;在低频部分(频率在0到100之间)时,传递函数出现一个接近零点的值(图14中传递函数在低频处的值小于0.2),传递函数在低频处的值不满足第一预设阈值范围,此时需要调整所述衍射屏函数。
步骤606、根据调整后的衍射屏函数,生成调整后的频域的传递函数。
步骤607、如果调整后的频域的传递函数在低频处的值满足第一预设阈值范围,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。
上述步骤601-步骤607,使传递函数在低频部分要远离零值,所述传递函数在低频处的值不满足第一预设阈值范围,调整所述衍射屏函数,根据调整后的衍射屏函数,生成调整后的频域的传递函数。当调整后的频域的传递函数在低频处的值满足第一预设阈值范围时,根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。利用最后确定的衍射屏结构成像得到的图像中衍射图案较少。
与上述图像处理方法相对应,本发明实施例还公开了一种图像处理***,包括:
成像模块,用于衍射成像***对目标物成像并获取原始图像,所述原始图像为带有衍射图案的图像;
第一获得模块,用于获得所述衍射成像***的点扩散函数;
第一还原模块,用于根据所述点扩散函数,从所述原始图像中还原生成目标图像,所述目标图像为目标物的图像。
进一步地,所述***还包括:
第一生成模块,用于根据所述点扩散函数的各级衍射峰强度以及对应各级衍射峰的位置,生成所述目标图像。
进一步地,所述第一获得模块,包括:
获得子模块,用于根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;
第一傅里叶变换模块,用于对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;
第一确定模块,用于根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;
傅里叶逆变换模块,用于对所述频域的传递函数进行傅里叶逆变换,生成所述衍射成像***的点扩散函数。
进一步地,所述***还包括,
第二确定模块,用于在获得所述屏后光强分布函数后,当所述衍射成像***包括设于衍射屏后的透镜时,根据所述屏后光强分布函数、透镜函数及自由传播函数,确定频域的传递函数。
进一步地,所述***还包括,
第三确定模块,用于在获得所述屏后光强分布函数后,当所述衍射成像***包括设于衍射屏后的波带片时,根据所述屏后光强分布函数、波带片函数及自由传播函数,确定频域的传递函数,其中,所述波带片函数是指用于表示所述波带片结构的函数。
进一步地,所述第一获得模块,包括:
第一获取模块,用于获取第一图像,所述第一图像为在标准光源下,衍射成像***获得的图像;
第四确定模块,用于确定所述第一图像的各级衍射峰强度;
第五确定模块,用于根据所述第一图像的各级衍射峰强度,确定第一扩散函数,所述第一扩散函数为所述标准光源的形状和点扩散函数的卷积;
逆卷积模块,用于根据所述标准光源的形状,对所述第一扩散函数进行逆卷积,获得所述衍射成像***的点扩散函数。
进一步地,所述第一获得模块,包括:
第二获取模块,用于获取预设数量的原始图像;
第三获取模块,用于获取每个所述原始图像的各级衍射峰的位置和强度;
拟合模块,用于拟合所有原始图像的各级衍射峰的位置和强度;
第六确定模块,用于根据拟合结果,确定所述衍射成像***的点扩散函数。
进一步地,所述***还包括:
第七确定模块,用于在所述原始图像为过曝图像时,根据所述点扩散函数,确定所述原始图像的各级衍射峰之间的强度关系;
第八确定模块,用于确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度;
第九确定模块,用于根据所述强度关系和所述真实次级衍射峰强度,确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
进一步地,所述第八确定模块,包括:
第一获取子模块,用于获取所述过曝图像中次级衍射峰周围图像强度的平均值;
第一确定子模块,用于根据所述过曝图像中次级衍射峰强度和所述平均值的差值,确定所述过曝图像的真实次级衍射峰强度。
进一步地,所述***还包括:
第四获取模块,用于在所述原始图像为过曝图像时,获取过曝成像时的第一成像参数;
第一调整模块,用于调整所述衍射成像***的第一成像参数为第二成像参数;
第二获取模块,用于按照所述第二成像参数,获取第二图像,且所述第二图像为不过曝图像;
第十确定模块,用于确定所述第二图像中主峰强度;
第十一确定模块,用于根据所述第二图像中主峰强度、第一成像参数和第二成像参数,确定所述过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
进一步地,当所述原始图像为彩色图像时,所述***包括:
第五获取模块,用于获取每个颜色通道的单色原始图像;
第二获得模块,用于获得每个颜色通道对应的点扩散函数;
第二还原模块,用于根据所述点扩散函数,从对应所述单色原始图像中还原生成单色目标图像;
合成模块,用于根据生成的各颜色通道对应的单色目标图像,合成彩色目标图像。
进一步地,包括
第六获取模块,用于在获取的单色原始图像中既包括过曝图像,也包括未过曝图像时,获取第三成像参数和第四成像参数,其中,所述第三成像参数为单色原始图像中过曝图像的成像参数,所述第四成像参数为单色原始图像中未过曝图像的成像参数;
第十二确定模块,用于确定所述单色图像中未过曝图像的主峰强度;
第十三确定模块,用于根据所述未过曝图像的主峰强度、第三成像参数和第四成像参数,确定所述单色原始图像中过曝图像中过曝区域的真实主峰强度。
与上述基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法相对应,本发明实施例还公开了一种基于点扩散函数调整衍射屏结构的***,包括:
第七获取模块,用于获取原始图像;
第二调整模块,用于在所述原始图像为带有衍射图案的图像时,调整衍射屏函数;
第三获得模块,用于根据光波函数和调整后的衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;
第二傅里叶变换模块,用于对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;
第十四确定模块,用于根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;
第二傅里叶逆变换,用于对所述频域的传递函数进行傅里叶逆变换,生成调整后的所述衍射成像***的点扩散函数;
第二生成模块,用于根据调整后的所述衍射成像***的点扩散函数和原始图像,生成第一目标图像;
第三调整模块,用于在所述第一目标图像中的衍射图案相对于原始图像中的衍射图案削弱时,根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。
进一步地,第二调整模块包括:
调整子模块,用于调整所述衍射屏结构为非周期性结构;
第二确定子模块,用于根据调整后衍射屏结构,获得调整后衍射屏函数。
与上述基于点扩散函数调整衍射屏结构的方法相对应,本发明实施例还公开了另一种基于点扩散函数调整衍射屏结构的***,包括:
第八获取模块,用于获取原始图像;
第四获得模块,用于根据光波函数和衍射屏函数,获得屏后光强分布函数;
第三傅里叶变换模块,用于对所述光强分布函数进行傅里叶变换,得到角谱;
第十五确定模块,用于根据所述角谱和自由传播函数,确定频域的传递函数;
第四调整模块,用于在所述频域的传递函数在低频处的值不满足第一预设阈值范围时,调整所述衍射屏函数;
第三生成模块,用于根据调整后的衍射屏函数,生成调整后的频域的传递函数;
第五调整模块,用于如果调整后的频域的传递函数在低频处的值满足第一预设阈值范围,则根据所述调整后的衍射屏函数确定衍射屏结构。
具体实现中,本发明还提供一种计算机存储介质,其中,该计算机存储介质可存储有程序,该程序执行时可包括本发明提供的图像处理方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文:read-only memory,简称:ROM)或随机存储记忆体(英文:random access memory,简称:RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其,对于用于烟气净化装置中活性炭的补充装置实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。