CN115330641B - 基于mhd角速度传感器的图像复原方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法、系统和装置，可以应用于图像处理技术领域。该方法包括：利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息；根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹；根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数；根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原。

Description

基于MHD角速度传感器的图像复原方法、系统和装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，更具体地，涉及一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法、系统和装置。

背景技术

随着遥感卫星分辨率的不断提高，遥感卫星上的星载光学成像设备对遥感卫星上的活动部件引起的高频微角振动越来越敏感。针对高频微角振动造成的图像模糊的问题，相关技术中的抑制方法主要有机械补偿与光学补偿等方法。机械补偿是利用可以安装在星载光学成像设备上的隔振器或者减振装置对产生的高频微角振动进行隔离或者衰减，降低高频微角振动对星载光学成像设备的成像的影响。光学补偿是通过主动光学器件对星载光学成像设备的光轴进行实时补偿或保持的方法，使星载光学成像设备与入射光线保持相对静止。光学补偿这种方法精度虽高，但是需要极高的控制精度，系统复杂，实现困难。

对于高精度遥感卫星，通过机械补偿或者光学补偿后仍然会存在残余高频微角振动，随着遥感图像分辨率不断提高，这部分残余高频微角振动成为影响遥感图像质量的重要因素。此外，机械补偿和光学补偿均需增加器件，会进一步增加星载光学成像设备的体积和成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法、系统和装置。

本发明的一个方面提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法，上述方法包括：

利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，上述至少两个MHD角速度传感器与上述图像采集装置刚性固定连接，针对上述至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，上述MHD角速度传感器的敏感轴与上述图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，上述角速度信息为上述图像采集装置在上述预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，上述图像采集装置的移动角速度；

根据上述角速度信息生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹；

根据上述像点移动轨迹生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数；

根据上述点扩散函数对上述图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，上述根据上述角速度信息生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹包括：

根据上述角速度信息生成上述图像采集装置的角位移信息；

根据上述角位移信息生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离；

对上述偏移距离进行预设次数采样，生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹。

根据本发明的实施例，上述根据上述角速度信息生成上述图像采集装置的角位移信息包括：

对上述角速度信息在预设曝光时间段进行积分生成上述图像采集装置的角位移信息。

根据本发明的实施例，上述根据上述角位移信息生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离包括：

利用上述角位移信息、上述图像采集装置的焦距及上述图像采集装置的光轴与目标像点沿目标轴方向的夹角间的关系式生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离，其中，上述目标像点为上述图像采集装置采集的图像中任意一个像点，上述目标轴为上述采集装置的光轴的旋转轴。

根据本发明的实施例，上述根据上述像点移动轨迹生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数包括：

根据上述像点移动轨迹与上述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点尺寸间的比值，生成第一像移轨迹像素坐标；

对上述第一像移轨迹像素坐标进行向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标；

对上述第二像移轨迹像素坐标的间隔进行统计，生成第二像移轨迹间隔数量；

根据上述第二像移轨迹间隔数量与上述第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量间的比值，生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

根据本发明的实施例，上述根据上述点扩散函数对上述图像采集装置采集的图像进行复原包括：

根据上述点扩散函数，利用非盲图像复原算法对上述图像采集装置采集的图像进行复原。

本发明的另一方面提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原系统，上述系统包括：

图像采集装置，用于采集图像；

至少两个MHD角速度传感器，用于获取上述图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，上述至少两个MHD角速度传感器与上述图像采集装置刚性固定连接，针对上述至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，上述MHD角速度传感器的敏感轴与上述图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，上述角速度信息为上述图像采集装置在上述预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，上述图像采集装置的移动角速度；

处理器，用于根据上述角速度信息生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据上述像点移动轨迹生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，根据上述点扩散函数对上述图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，上述系统还包括：

数据采集卡，用于连接上述图像采集装置、上述至少两个MHD角速度传感器及上述处理器，将上述至少两个MHD角速度传感器获取的上述图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息及上述图像采集装置采集的图像传送给上述处理器；

角振动装置，用于安装上述图像采集装置及上述至少两个MHD角速度传感器，并响应于激励信号，带动上述图像采集装置及上述至少两个MHD角速度传感器转动；

靶标，用于向上述图像采集装置提供背景图像。

根据本发明的实施例，上述角振动装置包括：

角振动平台，用于安装上述图像采集装置及上述至少两个MHD角速度传感器，并响应于激励信号，带动上述图像采集装置及上述至少两个MHD角速度传感器转动；

气浮隔振平台，用于隔绝除上述角振动平台以外的环境中的其它角振动。

本发明的再一方面提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原装置，上述装置包括：

角速度信息获取模块，用于利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，上述至少两个MHD角速度传感器与上述图像采集装置刚性固定连接，针对上述至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，上述MHD角速度传感器的敏感轴与上述图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，上述角速度信息为上述图像采集装置在上述预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，上述图像采集装置的移动角速度；

像点移动轨迹生成模块，用于根据上述角速度信息生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹；

点扩散函数生成模块，用于根据上述像点移动轨迹生成上述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数；

图像复原模块，用于根据上述点扩散函数对上述图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，通过利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，可以获取在图像采集装置所处的环境存在高频微角振动的情况下，图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，进一步可以根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，然后根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原，最终实现了在不增加图像采集装置的体积和成本的前提下，显著提高图像采集装置采集的图像的图像质量。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原方法的流程图；

图2示出了根据本发明实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原系统；

图3示出了根据本发明实施例的模糊图像与复原图像；

图4示出了根据本发明实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原装置。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。

遥感卫星在轨工作期间，遥感卫星上的活动部件如飞轮、力矩陀螺、驱动机构等产生的高频微角振动，导致遥感卫星上的星载成像设备发生高频微角振动，使得星载成像设备拍摄的目标的像点与焦平面之间存在相对运动，产生像移，导致图像模糊，分辨率下降。星载光学成像设备成像时，需要较长的曝光时间，使得微角振动对星载光学成像设备的影响更加严重。

相关技术中的抑制方法主要有机械补偿与光学补偿等方法。而对于高精度遥感卫星，通过机械补偿或者光学补偿后仍然会存在残余高频微角振动，随着遥感图像分辨率不断提高，这部分残余高频微角振动成为影响遥感图像质量的重要因素。此外，机械补偿和光学补偿均需增加器件，会进一步增加星载光学成像设备的体积和成本。基于此，本发明的实施例提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法。

本发明的实施例提供了一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法，方法包括：

利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，至少两个MHD角速度传感器与图像采集装置刚性固定连接，针对至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，MHD角速度传感器的敏感轴与图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，角速度信息为图像采集装置在预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，图像采集装置的移动角速度；根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹；根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数；根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，通过利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，可以获取在图像采集装置所处的环境存在高频微角振动的情况下，图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，进一步可以根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，然后根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原，最终实现了在不增加图像采集装置的体积和成本的前提下，显著提高图像采集装置采集的图像的图像质量。

图1示出了根据本发明实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原方法的流程图。

如图1所示，该方法包括操作S101~S104。

在操作S101，利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，至少两个MHD角速度传感器与图像采集装置刚性固定连接，针对至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，MHD角速度传感器的敏感轴与图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，角速度信息为图像采集装置在预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，图像采集装置的移动角速度。

根据本发明的实施例，磁流体动力学（Magnet-Hydro-Dynamics，MHD）角振动传感器为测量微角振动信息的元件。

根据本发明的实施例，至少两个MHD角速度传感器的数量例如可以为两个，两个MHD角速度传感器中的一个MHD角速度传感器的敏感轴可以与X轴平行，另一个MHD角速度传感器的敏感轴可以与Y轴平行。MHD角速度传感器的数量还可以为三个，三个MHD角速度传感器可以分别与X轴、Y轴及Z轴平行。

根据本发明的实施例，利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，针对至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，MHD角速度传感器的敏感轴与图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，至少两个MHD角速度传感器中至少有两个MHD角速度传感器互相垂直，这样可以保证利用至少两个MHD角速度传感器能够获取图像采集装置在至少两个轴的角速度信息，以便后续利用至少两个轴的角速度信息对图像采集装置采集的图像在至少两个维度进行修正。而由于图像采集装置采集的图像为二维图像，因此，对二维图像的至少两个维度进行修正，能更好的复原图像，提高复原后的图像质量。

根据本发明的实施例，利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，可以实现由至少两个MHD角速度传感器，在图像采集装置受到高频微角振动的影响下，对图像采集装置的瞬时角速度进行高精度测量，输出精度高、输出平稳及可靠性高的角速度信息。

根据本发明的实施例，由于MHD角速度传感器的测量频带包括1~1000 Hz，测量频带较宽，因此，利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，可以获取在较宽频率的微角振动的影响下，图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息。

在操作S102，根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹。

根据本发明的实施例，在图像采集装置在预设曝光时间段内受到角振动影响的情况，目标点在图像采集装置中的实际成像的像点位置较理想成像的像点位置会发生偏移，将与目标点对应的实际成像的像点位置与理想成像的像点位置间的距离离散化为多份，将离散化的像点偏移距离作为像点的像点移动轨迹。

在操作S103，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

根据本发明的实施例，点扩散函数可以表征点光源在相对焦平面的运动的过程中，在焦平面上与点光源对应的像点上留下的光能强度。

根据本发明的实施例，可以通过统计每个像点上与像点移动轨迹相关的离散化数量生成每个像点的点扩散函数。

在操作S104，根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，可以利用点扩散函数结合非盲图像复原算法对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，非盲图像复原算法例如可以为全变差正则化图像复原算法、基于总变分模型的算法或基于稀疏表示的算法等。本发明不对具体的非盲图像复原算法进行限定，在实际应用过程中可以根据具体情况进行选取。

根据本发明的实施例，通过利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，可以获取在图像采集装置所处的环境存在高频微角振动的情况下，图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，进一步可以根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，然后根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原，最终实现了在不增加图像采集装置的体积和成本的前提下，显著提高图像采集装置采集的图像的图像质量。

图2示出了根据本发明实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原系统。

如图2所示，该实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原系统200包括：用于采集图像的图像采集装置210，至少两个MHD角速度传感器及处理器230。

根据本发明的实施例，图像采集装置例如可以为高分辨率的相机。

至少两个MHD角速度传感器，可以包括第一MHD角速度传感器221和第二MHD角速度传感器222，用于获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，至少两个MHD角速度传感器与图像采集装置刚性固定连接，针对至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，MHD角速度传感器的敏感轴与图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，角速度信息为图像采集装置在预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，图像采集装置的移动角速度。

根据本发明的实施例，例如，第一MHD角速度传感器221与第二MHD角速度传感器222分别与图像采集装置210刚性固定连接， 第一MHD角速度传感器221与X轴平行，第二MHD角速度传感器222与Y轴平行。

处理器230，用于根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，基于MHD角速度传感器的图像复原系统200还包括：数据采集卡240、角振动装置及靶标260。

数据采集卡240，用于连接图像采集装置、至少两个MHD角速度传感器及处理器，将至少两个MHD角速度传感器获取的图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息及图像采集装置采集的图像传送给处理器。

角振动装置，可以包括角振动平台251和气浮隔振平台252，用于安装图像采集装置及至少两个MHD角速度传感器，并响应于激励信号，带动图像采集装置及至少两个MHD角速度传感器转动。

靶标260，用于向图像采集装置提供背景图像。

角振动平台251，用于安装图像采集装置及至少两个MHD角速度传感器，并响应于激励信号，带动图像采集装置及至少两个MHD角速度传感器转动。

根据本发明的实施例，角振动平台例如可以采用带宽为0-2500Hz的二维高频角振动平台，用于模拟遥感卫星平台上的高频微角振动。

气浮隔振平台252，用于隔绝除角振动平台以外的环境中的其它角振动。

根据本发明的实施例，图像采集装置、至少两个MHD角速度传感器、处理器及角振动平台刚性固连在一起，并安装在气浮隔振平台上，气浮隔振平台能够为图像采集装置及至少两个MHD角速度传感器隔绝除角振动平台以外的环境中的其它角振动。

根据本发明的实施例，可以以上位机为处理器，用于根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，例如可以利用上位机给角振动平台一个激励信号，角振动平台发生转动，角振动平台带动图像采集装置及至少两个MHD角速度传感器转动，两个MHD角速度传感器同时开始测量图像采集装置的两个轴上的角速度，并由数据采集卡进行角速度数据采集，传输至上位机。

根据本发明的实施例，系统运行稳定后，上位机向图像采集装置发送触发脉冲，当图像采集装置接收到触发脉冲后，开始曝光，并拍摄靶标，得到由微角振动导致的模糊图像，并传输至上位机。

根据本发明的实施例，通过上位机给出的触发脉冲可准确定位到曝光时间段内MHD角速度传感器的输出角速度数据。

根据本发明的实施例，根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹包括：根据角速度信息生成图像采集装置的角位移信息；根据角位移信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离；对偏移距离进行预设次数采样，生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹。

根据本发明的实施例，预设次数例如可以为50、100或1000等。本发明的实施例不对具体预设次数进行限定，在实际应用的过程中，可以根据具体情况进行选择。

根据本发明的实施例，可以以图2中的图像采集装置的光心为原点，光轴作为Z轴建立相机坐标系，X轴和Y轴均垂直于Z轴，X轴和Y轴互相垂直，以图像采集装置在X轴方向受到高频微角振动，图像采集装置绕X轴旋转为例，推导图像采集装置采集的图像中每个像点的像移模型，同理可以得到图像采集装置绕Y轴旋转的情况下，图像采集装置采集的图像中每个像点的像移模型。

根据本发明的实施例，将图像采集装置的成像过程看作小孔成像，以光心为旋转中心并固定不动。在不存在高频微角振动的情况下，与Z轴成α夹角的目标点可以为P点，α夹角在X轴方向的分量为α _x 角，P点成像在焦平面上的P'点上，P'点与焦平面中心的距离为r ₁，P'可以表征图像采集装置采集的图像中的任意一个像点。在图像采集装置绕X轴旋转θ _x 角的情况下，Z轴绕X轴的旋转角为θ _x ，P点成像在焦平面P''点，P''点与焦平面中心距离为r ₂，在焦平面上与P点对应的像点的偏移距离即为P''点与P'点间的距离。在图像采集装置绕X轴旋转θ _x 角的情况下，在焦平面上与P点对应的像点的像点偏移距离可以用Δr _x 表示，可以利用公式（1）计算Δr _x 。

； （1）

其中，公式（1）中的f表征图像采集装置的焦距，α _x 表征Z轴与目标点间的夹角在X轴方向的夹角分量，θ _x 表征Z轴绕X轴的旋转角。

根据三角函数运算，对公式（1）进一步化简得到公式（2）。

； （2）

同理，可以对图像采集装置绕Y轴转动的过程进行相同分析。在图像采集装置绕Y轴旋转θ _y 角的情况下，Z轴绕Y轴的旋转角为θ _y ，在焦平面上与P点对应的像点的像点偏移距离可以用Δr _y 表示，可以利用公式（3）计算Δr _y 。

； （3）

其中，公式（3）中的α _y 表征Z轴与目标点间的夹角在Y轴方向的夹角分量，θ _y 表征Z轴绕Y轴的旋转角。

根据本发明的实施例，根据角速度信息生成图像采集装置的角位移信息包括：对角速度信息在预设曝光时间段进行积分生成图像采集装置的角位移信息。

根据本发明的实施例，利用图2中的上位机发送的外触发脉冲，可以从数据采集卡采集得到的角速度数据中准确获得图像采集装置预设曝光时间内的角速度。

根据本发明的实施例，在图像采集装置绕X轴旋转的情况下，Z轴绕X轴的旋转角可以利用公式（4）计算得到。

； (4)

其中，公式（4）中的t'表征MHD角速度传感器的时间轴上的时间，t'以MHD角速度传 感器开始测量时刻为起始点，t表征像点运动时间轴上的时间，t以图像采集装置预设曝光 时间段中的曝光开始时刻t _s 为起点，曝光结束时刻t _e 为终点，有

，

，其中t _s 与t _e 均为以MHD角速度传感器的时间轴为基准得到的，θ _x （t）表征在图像采集装置绕X轴旋 转的情况下，曝光开始到第t时刻Z轴绕X轴的旋转角，w _x （t'）表征第t'时刻图像采集装置绕 X轴旋转的角速度。

同理在图像采集装置绕Y轴旋转的情况下，Z轴绕Y轴的旋转角可以利用公式（5）计算得到。

； (5)

其中，θ _y （t）表征在图像采集装置绕Y轴旋转的情况下，曝光开始到第t时刻Z轴绕Y轴的旋转角，w _y （t'）表征第t'时刻图像采集装置绕Y轴旋转的角速度。

根据本发明的实施例，根据角位移信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离包括：利用角位移信息、图像采集装置的焦距及图像采集装置的光轴与目标像点沿目标轴方向的夹角间的关系式生成图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离，其中，目标像点为图像采集装置采集的图像中任意一个像点，目标轴为采集装置的光轴的旋转轴。

根据本发明的实施例，在利用公式（2）与（3）计算P点在焦平面的像点偏移距离的过程中，由于高频微角振动都为微弧级小幅度振动，因此，tan（θ _x ）≈θ _x 与tan（θ _y ）≈θ _y 的近似关系均成立。将近似关系及公式（4）代入公式（2），将公式（2）转换为公式（6），将近似关系及公式（5）代入公式（3），将公式（3）转换为公式（7）。

； （6）

； （7）

其中，x（t）表征在图像采集装置绕X轴旋转的情况下，第t时刻在焦平面上与P点对应的像点的像点偏移距离。y（t）表征在图像采集装置绕Y轴旋转的情况下，第t时刻在焦平面上与P点对应的像点的像点偏移距离。

根据本发明的实施例，考虑到数字图像的离散性以及数据采集卡采集到的角速度信息为离散信息，将在焦平面上与P点对应的像点的的像点偏移距离进行离散化处理，即将x（t）和y（t）进行离散化处理，得到像点移动轨迹。例如可以在预设曝光时间段内对x（t）和y（t）进行预设次数为m次采样，采样间隔为Δt，则有公式（8）成立。

； （8）

将m个Δt时刻由小到大依次代入公式（6）及公式（7）得到离散化的像点偏移距离即像点移动轨迹，像点移动轨迹可以用公式（9）表示。

； （9）

其中，d（i）表征P点在第iΔt时刻的像点偏移距离，x（i）表征在图像采集装置绕X轴旋转的情况下，第iΔt时刻在焦平面上与P点对应的像点的像点偏移距离。y（i）表征在图像采集装置绕Y轴旋转的情况下，第iΔt时刻在焦平面上与P点对应的像点的像点偏移距离。

根据本发明的实施例，根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数包括：根据像点移动轨迹与图像采集装置采集的图像中每个像点的像点尺寸间的比值，生成第一像移轨迹像素坐标；对第一像移轨迹像素坐标进行向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标；对第二像移轨迹像素坐标的间隔进行统计，生成第二像移轨迹间隔数量；据第二像移轨迹间隔数量与第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量间的比值，生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

根据本发明的实施例，与P点对应的像点的像点尺寸例如可以为p _x ×p _y ，其中，p _x 表征沿X轴方向的像点尺寸，p _y 表征沿X轴方向的像点尺寸。根据公式（10）可以得到与P点对应的像点的第一像移轨迹像素坐标。

； （10）

其中，P（i）表征与P点对应的像点的第一像移轨迹像素坐标。c _x 和c _y 表征比例系数，取值范围一般为0<c _x <2，0<c _y <2，c _x 和c _y 取决于成像过程中的环境噪声、像点弥散、离焦等因素，c _x 和c _y 可以根据实际情况进行选取。

根据本发明的实施例，可以对公式（10）中得到的与P点对应的像点的第一像移轨迹像素坐标P（i）向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标。对第二像移轨迹像素坐标的间隔进行统计，生成第二像移轨迹间隔数量。

根据本发明的实施例，点扩散函数定义为点光源在相对焦平面的运动过程中在像点上留下的光能强度。基于点扩散函数的定义，可以通过统计落在每个整像点上的采样间隔数，再进行归一化，得到表征像点轨迹上的光能分布情况。这种方法既降低了运算复杂度，又提高了计算效率。

根据本发明的实施例，在在预设曝光时间段内对x（t）和y（t）进行预设次数为m次的采样的情况下，采样间隔数量为m-1。

根据本发明的实施例，在在预设曝光时间段内对x（t）和y（t）进行预设次数为m次的采样的情况下，得到m个第一像移轨迹像素坐标，第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量为m-1。

根据本发明的实施例，在对第一像移轨迹像素坐标向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标的过程中，会存在多个取整后的第一像移轨迹像素坐标与同一个第二像移轨迹像素坐标相等的情况，此时，将多个第一像移轨迹像素坐标与同一个第二像移轨迹坐标对应，因此，第一像移轨迹像素坐标的数量小于等于第二像移轨迹像素坐标的数量。例如对m个第一像移轨迹像素坐标向上取整，生成了n个第二像移轨迹像素坐标，此时，第二像移轨迹像素坐标的第二像移轨迹间隔数量为n-1，n小于等于m。

根据本发明的实施例，根据第二像移轨迹像素坐标的第二像移轨迹间隔数量与第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量，可以由公式（11）计算得到图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

； （11）

其中，h（k，l）表征图像采集装置采集的图像中坐标为（k，l）的像点的点扩散函数，n _k,l 表征与该像点对应的第二像移轨迹像素坐标的数量，（n _k,l -1）表征与该像点对应的第二像移轨迹间隔数量，m _k,l 表征对与该像元对应的像移轨迹进行采样的预设次数，（m _k,l -1）表征与该像点对应的第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量，k、l均为大于等于1的正整数。

根据本发明的实施例，在预设次数足够大的情况下，即第一像移轨迹像素坐标的数量足够大的情况下，例如预设次数大于1000，此时Δt趋于0，预设次数远大于1，可以用公式（12）替代公式（11）来求解图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，此时这种做法所产生的误差对点扩散函数的影响足够小，可以忽略不计。

； （12）

根据本发明的实施例，根据第二像移轨迹间隔数量与第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量间的比值，生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，既降低了求解点扩散函数的运算复杂度，又提高了计算效率。

根据本发明的实施例，根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原包括：根据点扩散函数，利用非盲图像复原算法对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，图像退化过程可用公式（13）所示的数学模型表示。

； （13）

其中，公式（13）的u ₀表征退化图像，u表征未发生退化的原始图像，h表征点扩散函数，n表征噪声，*表征卷积运算。图像复原过程是图像退化过程的逆过程，具有病态性。准确构建退化图像的点扩散函数是进行图像非盲复原的前提，能极大增加复原图像的质量。

根据本发明的实施例，例如可以根据点扩散函数，利用非盲图像复原算法中的全变差正则化图像复原算法对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，全变差正则化图像复原算法是将原始图像的梯度和作为正则化项引入到图像复原优化模型中，此算法能够在去除噪声的同时保护图像边缘，具有增强边缘、保护边缘细节等优点。

根据本发明的实施例，基于公式（13）中的图像退化模型给出公式（14）所示的全变差正则化图像复原算法复原优化模型的目标函数E（u）。

； （14）

其中，公式（14）中，加号左边为保真项，μ表征保真项系数，加号右边为正则化项，λ 表征正则化项系数，用于控制保真项和正则化项之间的权重比例，|| ||₂表征计算保真项 的范数；u _x 和u _y 分别表示原始图像u的水平方向和垂直方向的梯度，

表征对保真项求最 小值。

可以将公式（12）得到的点扩散函数h以及图像采集装置采集的图像u ₀代入公式（14）中，令目标函数E（u）最小进行求解，即可得到复原图像u。

图3示出了根据本发明实施例的模糊图像与复原图像。

图3中的模糊图像301为图2中的图像采集装置在预设曝光时间段采集的图像，图像采集装置在预设曝光时间段采集图像的过程中，角振动平台台X轴和Y轴振动频率均为300Hz，由图3可知，图3中的模糊图像301的边缘及数字均很模糊。

图3中的复原图像302是根据本发明实施例提供的复原方法对图3中的模糊图像301进行复原后得到的图像，由复原图像302可知，复原图像302中的图像边缘及数字已经很清晰，均能很好的被识别出来，说明本发明实施例提供的复原方法，可以较好的复原由高频微角振动造成的模糊图像，提高图像质量。

图4示出了根据本发明实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原装置。

如图4所示，该实施例的基于MHD角速度传感器的图像复原装置400包括：角速度信息获取模块410、像点移动轨迹生成模块420、点扩散函数生成模块430及图像复原模块440。

角速度信息获取模块410，用于利用至少两个MHD角速度传感器获取图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，至少两个MHD角速度传感器与图像采集装置刚性固定连接，针对至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，MHD角速度传感器的敏感轴与图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，角速度信息为图像采集装置在预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，图像采集装置的移动角速度。

像点移动轨迹生成模块420，用于根据角速度信息生成图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹。

点扩散函数生成模块430，用于根据像点移动轨迹生成图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

图像复原模块440，用于根据点扩散函数对图像采集装置采集的图像进行复原。

根据本发明的实施例，上述基于MHD角速度传感器的图像复原装置可以用于实现上述基于MHD角速度传感器的图像复原方法，关于基于MHD角速度传感器的图像复原装置的描述可以参考上述对基于MHD角速度传感器的图像复原方法的描述，在此不再赘述。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于MHD角速度传感器的图像复原方法，其特征在于，所述方法包括：

利用至少两个MHD角速度传感器在图像采集装置所处的环境存在高频微角振动的情况下，获取所述图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，所述至少两个MHD角速度传感器与所述图像采集装置刚性固定连接，针对所述至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，所述MHD角速度传感器的敏感轴与所述图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，所述角速度信息为所述图像采集装置在所述预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，所述图像采集装置的移动角速度；

根据所述角速度信息生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹；

根据所述像点移动轨迹生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数；

根据所述点扩散函数，利用非盲图像复原算法中的全变差正则化图像复原算法对所述图像采集装置采集的图像进行复原；

所述根据所述像点移动轨迹生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数包括：

根据所述像点移动轨迹与所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点尺寸间的比值，生成第一像移轨迹像素坐标；

对所述第一像移轨迹像素坐标进行向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标；

对所述第二像移轨迹像素坐标的间隔进行统计，生成第二像移轨迹间隔数量；

根据所述第二像移轨迹间隔数量与所述第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量间的比值，生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述角速度信息生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹包括：

根据所述角速度信息生成所述图像采集装置的角位移信息；

根据所述角位移信息生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离；

对所述偏移距离进行预设次数采样，生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述角速度信息生成所述图像采集装置的角位移信息包括：

对所述角速度信息在所述预设曝光时间段进行积分生成所述图像采集装置的角位移信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述角位移信息生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离包括：

利用所述角位移信息、所述图像采集装置的焦距及所述图像采集装置的光轴与目标像点沿目标轴方向的夹角间的关系式生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的偏移距离，其中，所述目标像点为所述图像采集装置采集的图像中任意一个像点，所述目标轴为所述采集装置的光轴的旋转轴。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全变差正则化图像复原算法包括将原始图像的梯度和作为正则化项引入到图像复原优化模型中，所述图像复原优化模型的目标函数如下：

其中，上述目标函数中，加号左边为保真项，μ表征保真项系数，加号右边为正则化项，λ表征正则化项系数，用于控制保真项和正则化项之间的权重比例，|| ||₂表征计算保真项的范数；u _x 和u _y 分别表征原始图像u的水平方向和垂直方向的梯度，

表征对保真项求最小值。

6.一种基于MHD角速度传感器的图像复原系统，其特征在于，所述系统包括：

图像采集装置，用于采集图像；

至少两个MHD角速度传感器，用于在图像采集装置所处的环境存在高频微角振动的情况下，获取所述图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，所述至少两个MHD角速度传感器与所述图像采集装置刚性固定连接，针对所述至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，所述MHD角速度传感器的敏感轴与所述图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，所述角速度信息为所述图像采集装置在所述预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，所述图像采集装置的移动角速度；

处理器，用于根据所述角速度信息生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹，根据所述像点移动轨迹生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数，根据所述点扩散函数，利用非盲图像复原算法中的全变差正则化图像复原算法对所述图像采集装置采集的图像进行复原；

所述根据所述像点移动轨迹生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数包括：

根据所述像点移动轨迹与所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点尺寸间的比值，生成第一像移轨迹像素坐标；

对所述第一像移轨迹像素坐标进行向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标；

对所述第二像移轨迹像素坐标的间隔进行统计，生成第二像移轨迹间隔数量；

根据所述第二像移轨迹间隔数量与所述第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量间的比值，生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据采集卡，用于连接所述图像采集装置、所述至少两个MHD角速度传感器及所述处理器，将所述至少两个MHD角速度传感器获取的所述图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息及所述图像采集装置采集的图像传送给所述处理器；

角振动装置，用于安装所述图像采集装置及所述至少两个MHD角速度传感器，并响应于激励信号，带动所述图像采集装置及所述至少两个MHD角速度传感器转动；

靶标，用于向所述图像采集装置提供背景图像。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述角振动装置包括：

角振动平台，用于安装所述图像采集装置及所述至少两个MHD角速度传感器，并响应于激励信号，带动所述图像采集装置及所述至少两个MHD角速度传感器转动；

气浮隔振平台，用于隔绝除所述角振动平台以外的环境中的其它角振动。

9.一种基于MHD角速度传感器的图像复原装置，其特征在于，所述装置包括：

角速度信息获取模块，用于利用至少两个MHD角速度传感器在图像采集装置所处的环境存在高频微角振动的情况下，获取所述图像采集装置在预设曝光时间段的角速度信息，其中，所述至少两个MHD角速度传感器与所述图像采集装置刚性固定连接，针对所述至少两个MHD角速度传感器中的每个MHD角速度传感器，所述MHD角速度传感器的敏感轴与所述图像采集装置的X轴、Y轴及Z轴之中的一个轴平行，所述角速度信息为所述图像采集装置在所述预设曝光时间段内受到角振动影响的情况下，所述图像采集装置的移动角速度；

像点移动轨迹生成模块，用于根据所述角速度信息生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点移动轨迹；

点扩散函数生成模块，用于根据所述像点移动轨迹生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数；

图像复原模块，用于根据所述点扩散函数，利用非盲图像复原算法中的全变差正则化图像复原算法对所述图像采集装置采集的图像进行复原；

所述根据所述像点移动轨迹生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数包括：

根据所述像点移动轨迹与所述图像采集装置采集的图像中每个像点的像点尺寸间的比值，生成第一像移轨迹像素坐标；

对所述第一像移轨迹像素坐标进行向上取整，生成第二像移轨迹像素坐标；

对所述第二像移轨迹像素坐标的间隔进行统计，生成第二像移轨迹间隔数量；

根据所述第二像移轨迹间隔数量与所述第一像移轨迹像素坐标间的间隔数量间的比值，生成所述图像采集装置采集的图像中每个像点的点扩散函数。

Images