摘 要

散焦图像的恢复是图像恢复领域的研究热点之一。散焦模糊现象是由成像时成像系统聚焦不准造成的，它普遍存在于医疗诊断、宇宙探测成像、卫星遥感图像、航天及道路交通等重大科研领域中，日常生活中图像的散焦退化也随处可见。随着科学技术的发展，成像系统的调焦功能越来越成熟，但是成本也更高，因此散焦图像复原的研究具有重要的理论价值和应用价值。

本论文主要对散焦模糊图像恢复的理论和技术进行了深入研究，采用的方法是将理论分析、算法设计和实证分析相结合。主要研究内容以及创新点如下：

正六边形光圈光学系统散焦PSF的估计。针对现在广泛使用的正多边形光圈的采像系统，本文提出了一种正六边形光圈散焦PSF的估计方法。首先建立坐标系确定正多边形散焦PSF模型，接着对此模型中的未定参数通过正、逆傅里叶变换、零点分布定理求零点分布以及设立优化函数等方法进行估计，最终获得散焦图像恢复算法中必需的正六边形光圈光学系统散焦PSF。

基于正多边形光圈散焦PSF的散焦图像恢复方法。以正六边形光圈光学系统散焦PSF为前提，结合逆滤波算法，利用反问题求解的思想，提出了一种高效的散焦图像恢复算法。针对同一图像不同散焦程度的退化图像进行恢复，得到与准确对焦图像相似度接近1的恢复图像。最后将本算法应用到散焦虹膜图像复原中，使虹膜图像的特征信息得到了有效恢复，实验结果说明了本算法的有效性。

关键词：散焦；图像恢复；点扩散函数；正六边形光圈；

Abstract

The defocused image restoration is one of the hotspots in the field of image restoration. Defocus blur phenomenon is by imaging imaging system focus caused by inaccurate. It is commonly found in medical diagnosis, space exploration, satellite remote sensing images, space and road transportation and other major research areas. Defocused image in daily life is also seen everywhere. With the development of science and technology, the focus function of imaging system is more and more mature, but it costs more. Therefore, the research of image restoration has important theoretical value and application value.

This paper focuses on the theory and technology of the defocus blurred image restoration, on which the method is combined with theoretical analysis, algorithm design and empirical analysis. The main research and the innovations on this paper are as follows:

The estimation of out-of-focus PSF of the hexagonal aperture. Aiming at the regular-polygon aperture imaging system, this paper present a method of computing the out-of-focus PSF of the hexagonal aperture. First of all, Set up a coordinate system to establish the model of regular hexagon aperture defocused PSF. Next, compute the unknown parameter in the model. In this part we use the theory of Fourier transform, zero-point distribution theorem, optimization function and etc. Finally, the out-of-focus PSF of the hexagonal aperture, which is necessary for the image restoration algorithm, is obtained.

The restoration method based on out-of-focus PSF of the hexagonal aperture. Combining the out-of-focus PSF of the hexagonal aperture and the Wiener filtering, we present an efficient method of defocused image restoration on which apply the theory of Inverse problem. Then, the degraded images of the same image with different degrees of divergence are recovered. After the recovering, the similarity degree of the restored image and the focus image is close to 1. Finally, the algorithm is applied to the iris image restoration. The feature information of iris has been effectively restored, which approve the effectiveness of the restoration method based on out-of-focus PSF of the hexagonal aperture.

Keywords: Out-of-Focus; Image Restoration; Point Spread Function; Hexagonal Aperture

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 图像恢复研究的目的与意义 1

1.2 图像恢复的研究现状 1

1.3 图像退化与恢复模型 3

1.4 论文主要内容 5

第2章 散焦图像的模糊机理分析与一般恢复方法的研究 7

2.1 散焦图像模糊机理分析 7

2.2 传统的散焦模糊图像恢复方法 8

2.3 图像恢复的一般算法 11

第3章 正六边形散焦PSF模型研究 19

3.1 不同光圈的散焦原理分析 19

3.2 正多边形散焦PSF模型 21

3.3 正六边形散焦PSF参数估计 22

3.4 散焦图像的恢复 27

3.5 基于正六边形散焦PSF模型的散焦虹膜图像恢复 32

第4章 总结与展望 37

4.1 论文的主要工作总结及创新点 37

4.2 研究展望 37

参考文献 39

致谢 41

第1章 绪论

1.1 图像恢复研究的目的与意义

图像恢复属于图像处理领域，具有重要的实际应用价值和理论研究意义，一直是图像处理的研究热点之一，其主要目的是改善给定的图像质量并尽可能恢复原图像。图像在成像、传输和采集过程中，受噪声等因素的影响，图像的质量都会有所下降，这个过程称为图像的退化。图像模糊、失真、有噪声等现象都是图像退化的典型表现，图像恢复的目的就是尽可能复原退化图像的本来面目^[1]。

散焦模糊是图像退化现象中的一种，是由于成像时光学系统聚焦不准造成的。散焦模糊普遍存在于卫星遥感图像、宇宙探测成像、医疗诊断、微观物质的分析研究、航天及道路交通等重大科研与研究领域中。日常生活中因如聚焦不准、成像系统的质量问题或手的抖动等原因而出现的散焦模糊也处处可见。随着科学技术的发展，成像系统的调焦功能越来越成熟，但是成本也更高，因此散焦图像复原的研究在图像处理中是有重要的现实意义的。