1 中国科学院光电信息处理重点实验室，辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
4 中国科学院大学，北京 100049
5 航天恒星科技有限公司，北京 100086
近年来，红外成像系统在工业、安防、遥感等领域获得了广泛的应用，但由于制造工艺及成本制约，红外系统的分辨率仍然较低。基于深度神经网络的单帧图像超分辨率重建技术是提高红外图像分辨率的有效方法，获得了广泛研究，并在仿真图像上取得了显著进展，但应用于实际场景图像时容易出现伪影或图像模糊等现象。造成这种性能差异的主要原因是目前方法大多假定造成图像退化的模糊核是空间一致的，然而实际红外光学系统不可避免地存在像差、热离焦等，由此造成的图像模糊的模糊核并非空间一致的。针对这一问题，提出了一种非盲模糊核估计方法，通过采集特定的靶标图像，并设计模糊核估计网络，求解空间非一致模糊核；设计基于图像分块的超分辨率重建方法，将图像块和对应区域的模糊核一起输入非盲超分辨率重建网络进行子块图像重建，再通过子块合并和重叠区域图像融合，得到最终的高分辨率图像。实验结果表明，光学系统自身引起了模糊核随空间位置缓慢变化，在实验室条件下标定模糊核并基于图像分块进行超分辨率重建的方法可显著提高红外图像超分辨率重建的效果。
超分辨率重建 空间非一致模糊 模糊核估计 红外图像 super-resolution reconstruction spatially variant blur blur kernel estimation infrared image 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230252
运动模糊图像点扩散函数（PSF）的精确估算是模糊图像复原的关键。为了提高PSF参数估计的准确性，消除频谱图中央亮线对模糊角度估计的干扰，提出一种运用窗函数来提高PSF参数估计精度的方法。对运动模糊图像进行二维离散傅里叶变换和对数运算，计算图像的功率频谱图，对频谱图像添加窗函数Hanning，对处理后的图像进行中值滤波平滑处理和二值变换处理，再结合形态学算法和Canny算子边缘检测对频谱图进行优化，最后通过Radon变换，得到模糊方向。根据模糊方向结果，在模糊角度方向上对运动模糊图像的频谱图进行Radon变换，分析负峰值之间的距离，得到暗条纹间距，根据暗条纹间距与模糊长度之间的关系，求出模糊长度，从而完成两个点扩散函数参数的估算。结果显示，与现有算法相比，所提算法提高了参数估计的精度，复原时产生的振铃和伪影现象减少，充分利用图像信息的同时操作简便。
窗函数 运动模糊图像 图像复原 点扩散函数 参数估计 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0437007
1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
利用图像离焦线索生成对应深度图像的方法因其快速、方便目前被广泛使用，但是离焦图像在离焦程度过高或过低时通常会丢失图像的深度信息，导致生成的深度图像不符合实际使用要求，因此需要对这些图像进行判别分离，但现有方法对不同场景的离焦图像模糊程度判别精度不足，缺乏统一标准，无法有效对离焦图像进行判别分离处理。针对此问题，提出一种融合图像灰度比值的离焦图像自动判别方法，首先，通过分析并利用离焦图像不同区域的梯度特征、频域特征，对图像模糊区域和清晰区域进行有效区分。其次，融合上述特征图像获取融合图像，因离焦图像的模糊区域和清晰区域离焦程度相差较大，表现在融合图像中两部分灰度值对比明显，因此利用融合图像两部分灰度平均值的比值作为判断离焦程度的衡量标准，当离焦图像该比值超出设定的阈值标准时，则认为该图像不满足深度图像生成条件，该图像将自动进行分离。最后，对比现有清晰度评价函数与本文方法对相同场景与不同场景、不同离焦模糊图像进行模糊程度的判别结果，发现所提方法可以较为准确快速地判别相同及不同场景下离焦图像模糊程度，有效分离不符合条件的离焦图像，提高深度图像的生成效率。
图像处理 特征提取 离焦模糊检测 自动判断 激光与光电子学进展
2023, 60(22): 2210001
1 东南大学软件学院，江苏苏州2523
2 东南大学机械工程学院，江苏南京11189
3 无锡尚实电子科技有限公司，江苏无锡200240
工业精密制造中，视觉检测设备的成像系统往往景深较小，易产生离焦模糊，严重影响检测效果。针对这一问题，提出了一种针对于均匀离焦图像的盲去模糊网络（Uniform Defocus Blind Deblur Net，UDBD-Net）。首先，提出一种模糊核估计网络，提取离焦模糊的特征，并准确地估计出模糊核；其次，提出一种反卷积网络，通过神经网络学习并估计基于特征维纳反卷积（Feature-based Wiener Deconvolution，FWD）公式中的未知量，更准确地生成去模糊图像的潜在特征；最后，使用一个编解码网络（Encoder-Decoder Net）增强图像的细节，并去除伪影。实验结果表明，该方法在DIV2K和GOPRO图片上的峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）分别达到31.16 dB和36.16 dB；与目前主流的方法相比，该方法在不显著增加模型推理时间的同时能够复原出更高质量、更自然地去模糊图像。此外，该方法对真实的均匀离焦模糊图像也有较好的去模糊效果，且能够显著提升工业视觉检测算法对于离焦模糊图像的检测效果。
计算机视觉 盲去模糊 模糊核估计，反卷积 computer vision blind deblur blur kernel estimation deconvolution 光学 精密工程
2023, 31(18): 2713
华侨大学机电及自动化学院，福建 厦门 361021
针对传统聚焦评价方法难以适应显微样本复杂纹理表面及反射率不均的问题，提出了一种抗光照强度、抗反射率不均、亚微米精度的基于双模糊理论的显微图像聚焦评价方法（DB-FEM），并研究了人工模糊有效标准差的概念，通过理论和实验找寻了较优有效标准差的取值。DB-FEM主要通过分析采集图像和其人为模糊图像的特征差异程度实现聚焦判断。首先对采集的层扫图像进行人为模糊处理，然后通过局部方差计算图像和其模糊图像在空域边缘信息和图像Haar小波频域信息的差异度。差异度包括空域边缘、低频纹理和高频边缘。最后将所有差异度相乘，得到基于差异度的聚焦评价曲线。实验结果表明，DB-FEM在不同光照幅值、不同表面形貌复杂度条件下均具有优良的聚焦评价性能，优于现有的空域边缘和频域模态评价方法，在单焦面检测中具有更窄的半峰全宽，在双焦面检测中具有更好的分辨能力。在物镜的放大倍数为20、数值孔径为0.65的条件下，所提方法的轴向分辨率优于0.3 μm。
图像处理 聚焦评价方法 双模糊 差异度 局部方差 分辨能力 光学学报
2023, 43(10): 1010001
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300000
2 光电信息技术教育部重点实验室，天津 300000
3 天津市光纤传感工程中心，天津 300000
4 天津求实飞博科技有限公司，天津 300000
为解决分布式光纤振动传感系统的定位准确性弱、灵敏度低及响应速率慢等问题，提出了一种基于相位敏感光时域反射的动态方差阈值算法。该算法将经过带通滤波预处理后的信号进行方差处理、高斯模糊、阈值寻峰以及重心精确，解决了长距离DVS检测由于背向瑞利散射信号的衰减以及运算量大造成的响应时间长的问题。并且采用并行编程技术将运算速度提高了184%，从而快速准确地确定扰动发生位置。实验研究了39 km长度的光纤上人为扰动和噪声的区别，并通过动态方差阈值算法消除了噪声的影响并确定了扰动位置。该系统响应时间为1 s，空间分辨率为20 m，定位误差低于0.1%。
1 中国矿业大学信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学地下空间智能控制教育部工程中心，江苏 徐州 221116
为了在复杂的运动模糊情况下快速提取光条中心，提出了一种新的结构光光条中心快速提取算法。通过分析线结构光运动成像模糊的原因和图像中光条截面的灰度值分布规律，设计了基于理论光条成像宽度的P-tile阈值分割算法，以解决运动模糊情况下光条成像宽度不一、亮度无规则变化引起的光条区域提取困难问题。根据光条图像的特点，通过改进的区域生长算法提高光条定位速度，根据光条截面的灰度值分布特点提取结构光光条中心。实验结果表明，在运动模糊情况下，改进的P-tile阈值分割算法具有精度高、速度快的优点，相比极值法、大津法能更好地分割出有效光条区域，在结构光工业高速测量领域具有实用价值。
测量与计量 线结构光 运动模糊 中心提取 阈值分割 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0112002
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
采用离轴三反射结构的大视场空间相机存在较大的光学畸变，导致引入时间延迟积分(Time Delay Integration, TDI)技术的面阵探测器在推扫成像时产生像移模糊。根据畸变引起的TDI成像退化原理，将畸变像移模糊转化为非均匀运动模糊，通过求解像移路径计算初始模糊核，将其作为先验信息，建立半盲复原模型进一步细化模糊核。利用初始模糊核复原的粗略图像边缘指导模糊核的细化，提出一种多方向权重异性的全变差模型提取图像结构信息。为了增强先验信息对模糊核细化的约束，构建了含有初始模糊核的正则项，使模糊核的估计不过度依赖于图像内容，采用多尺度迭代方法求解。最后用正则化约束的非盲反卷积方法去除图像模糊。实验结果表明：与现有的几种去模糊算法相比，所提方法的去模糊效果不仅清晰自然且对不同样本图像的模糊核估计更稳定。
光学畸变 时间延迟积分 模糊核估计 图像去模糊 optical distortion time delay integration blur kernel estimation image deblurring 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210392
1 中国科学院微小卫星创新研究院，上海 201203
2 中国科学院大学，北京 100049
在遥感卫星运动成像过程中，卫星相机的高速运动会导致遥感图像出现运动模糊。针对该问题，基于一次拍摄过程中获得的不同积分时间遥感图像序列，提出了一种新的去模糊算法。利用短积分时间图像中提取出的轮廓边缘信息来引导对相邻长积分时间图像模糊核的估计，通过分段求解的思想简化了单次模糊核求解的复杂度；然后使用卷积运算对分段模糊核进行无损重组，极大地提高了模糊核估计的准确性。实验结果表明，所提算法对模糊遥感图像去模糊后的清晰程度有显著提升。
遥感图像 图像处理 运动模糊 模糊核 去模糊 激光与光电子学进展
2022, 59(8): 0828001
山东理工大学 计算机科学与技术学院, 山东 淄博 255000
针对图像拍摄过程中由于运动、抖动、电子干扰等产生的运动图像模糊问题, 提出一种基于深度残差生成对抗网络的运动图像去模糊算法。对图像模糊模型与盲去模糊过程进行了研究, 介绍了生成对抗网络, 改进了残差块的结构。改进的残差块包含3个卷积层, 两个ReLU激活函数, 一个Dropout层以及一个跳跃连接块, 提升了复原图像的质量。改进了PatchGAN的结构, 在只增加少量参数与网络复杂性的情况下, 将最底层感受野变为原先的两倍以上。利用GOPRO数据集和Lai数据集进行测试, 测试结果表明, 本文提出的基于深度残差生成对抗网络的去模糊算法复原图像可达到较高的客观评价指标, 可以恢复出较高质量的清晰图像。在GOPRO数据集上, 相比于其他同类方法, 本文提出的算法具有较好的复原能力, 可达到更高的峰值信噪比（28.31 dB）和较高的结构相似度（0.831 7）; 而在Lai数据集上, 可以恢复出较高质量的图像。
图像去模糊 运动模糊 生成对抗网络 残差块 图像复原 image deblurring motion blur generative adversarial network residual block image restoration
