一種自適應對運動的電子倍增ccd視頻圖像去噪的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電子倍增CCD系統成像的去噪領域，特別是一種自適應對運動的電子 倍增CCD視頻圖像去噪的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的發展，世界已步入了光子的時代。隨著信息技術的飛速發展，人們 獲取信息的手段在向不同波段，更廣闊的領域擴展。圖像信息作為最直接最有效的信息，已 得到了世界的廣泛重視。如何獲得更清晰更準確的圖像信息，成為了各國的重要課題。微 光成像技術正是順應了運一發展趨勢，成為當今世界發達國家大力發展的軍民兩用的新興 高科技之一。
[0003] 微光成像在一定程度上延伸人眼的視覺范圍，彌補了人眼視覺功能的不足。微光 圖像傳感器能夠在星光、月光、大氣輝光等微弱光照射的環境條件下，W被動成像的方式對 目標和區域進行探測、偵察、攝影W及監控，從而具有隱蔽性的特征。與紅外成像相比，微光 成像具有更高的分辨率，成像效果接近真實圖像，可W得到更直觀的圖像信息。
[0004] 但是，微光圖像與一般的可見光圖像不同，它是經過多次光電轉換和電子倍增而 形成的。由于輸入照度低和背景差，系統所獲取的光學信息十分微弱，使得輸出圖像畫面 上疊加有明顯的隨機閃爍噪聲。照度越低，噪聲表現越嚴重。在成像系統中，對于任何一 個光電探測器，通過引入增益對傳輸過程中的信號進行放大，即光電轉換--增益--輸出， 使信號超過后續步驟中探測器產生的噪聲，但要注意，由于光電探測器接收光信號時，也會 產生散粒噪聲，在增益過程中，運些噪聲也會被放大，因此要重點分析研究成像過程中的噪 聲，并采取專口措施噪聲進行有效的抑制。圖像處理是一種快速有效、低成本的去除圖像 噪聲的方法，目前傳統的圖像去噪算法僅對于靜止圖像去噪能起到一定的效果（劉涵、梁 莉莉、黃令帥，"分塊奇異值分解的兩級圖像去噪算法"《自動化學報》，第42卷第2期，2015 年2月），但是無法應用于拍攝微光運動圖像視頻中，而流行的利用小波變換的方法計算復 雜，又無法實際應用。
【發明內容】
[0005] 本發明在于提供一種自適應對運動的電子倍增CCD視頻圖像去噪的方法，W提高 拍攝運動圖像的清晰度。
[0006] 實現本發明目的的技術解決方案為：一種自適應對運動的電子倍增CCD視頻圖像 去噪的方法，采用行列投影方式，對微光視頻序列的參考帖和當前帖進行雙向配準，通過計 算前后兩帖圖像投影的差方和，得到的差方和函數是與位移相關的函數，然后遍歷差方和 矩陣，找出前后兩帖圖像的最大位移；由計算得到前后兩帖圖像位移坐標，得到兩帖的重疊 區域，在得到重疊區域后，重疊區域的圖像信息沒有變化，而噪聲隨機變化，且符合高斯噪 聲模型，判斷圖像的位移方向，對圖像雙向配準，然后進行權值濾波去除噪聲。
[0007] 本發明與現有的技術相比，其顯著優點為：（1)能去除電子倍增CCD運動視頻上的 噪聲，圖像校正的效果好，且能在硬件上實現，具有實時性；（2)采用圖像配準的方式來對 微光視頻相鄰帖圖像進行配準，得到相鄰帖的重疊區域，再利用計算得到的重疊區域對圖 像進行權值濾波計算，不但使計算簡便，而且圖像效果明顯提高。（3)通過判斷圖像位移的 情況，自適應對運動圖像進行去噪，避免了傳統的運動視頻去噪方法帶來的鬼影問題。
[0008] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明自適應對運動的電子倍增CCD視頻圖像去噪的方法的流程圖。
[0010]圖2(a)、圖2化）、圖2(C)是本發明自適應對運動的電子倍增CCD視頻圖像去噪的 方法的示意圖：其中圖2(a)為當前帖配準參考帖；圖2(b)為參考帖配準當前帖；圖2(C)為 疊加的重疊區域。
[0011] 圖3(a)、圖3(b)是真實場景的微光視頻序列的校正效果圖，其中圖3(a)為原始視 頻圖像，圖3(b)為校正后圖像。
【具體實施方式】
[0012] 本發明運用了行列投影的方式，運用計算投影值的方差和，得到圖像的位移坐標， 然后針對實時的視頻序列的前后兩帖圖像進行雙向圖像配準，W得到前后兩帖圖像的重疊 區域，對重疊區域進行濾波，最終達到消除噪聲的目的。由于拍攝微光視頻的電子倍增CCD 本身就存在多種類型的噪聲，而且在微光成像系統中，由于輸入照度低和背景差，系統所獲 取的光學信息十分微弱，使得輸出圖像畫面上疊加有明顯的隨機閃爍噪聲，在運些噪聲中， 光子散粒噪聲、暗電流噪聲、時鐘感生電荷噪聲服從泊松分布，讀出噪聲服從高斯分布，不 但嚴重影響了圖像質量，而且也很難處理。通過對圖像求行投影和列投影的方式，正好可W 去除讀出噪聲的影響，計算投影的方差和，得到圖像相對位移的同時，也能消弱系統噪聲的 影響，具體實施步驟如下：
[0013] 步驟1，假設圖像尺寸為M行N列，則行列投影可W分別由如下公式得到：
(1)
[001引式（1)中，X和y為像素坐標，為i圖像的帖數，一般為n和n-1，當然也可根據外 部圖像序列速度進行調整，不一定相鄰；diY(X)和diX(y)為兩幅圖像的行列之和，即投影數 組。
[0016] 步驟2,為了避免圖像上的高頻信息對配準結果造成影響，因此在計算行投影和列 投影時，都再減去每一行的平均值A和每一列的平均值my，用W削弱高頻點對配準精度的 影響，公式如下：
(2)
[0018]式（2)中的卻''(.T)為修正后的列投影值，<'(.v)為修正后的行投影值。
[0019]步驟3,W當前帖n來配準參考帖n-1為例，得到的重疊區域為圖2(a)中的陰影部 分，該重疊區域只在第n帖圖像上得到了體現，為第n帖的左上區域，在與此同時，利用當前 帖來對前面預存的參考帖來進行配準，就可W得到圖2(b)中的陰影區域，在參考帖的右下 區域，而如果將運兩部分重疊區域放在同一帖圖像的大小上就可W得到疊加的重疊區域， 如圖2(c)所示，疊加的重合區域在圖像上為A1+B和B+A2,其并集0 =AlUBUA2,且在 圖2(C)中，Al和A2為只重疊了一次的區域，B為重疊了 2次的區域，C為未發生重疊的區 域，Al和A2的區域可能存在圖像信息變化，為了保證圖像的校正準確度，需要對Al和A2區 域的投影值進行濾波修正，而重疊區域前后兩帖圖像默認相同，不進行修正。同時，為了消 除由于圖像運動帶來的新信息的影響，需要對行投影矩陣和列投影矩陣進行濾波修正。具 體公式如下：
(3) (：4)
[0022] 公式（3)為對行投影矩陣進行濾波，公式（4)為對列投影矩陣進行濾波。式中的 化和D2分別為垂直方向和水平方向的預設位移，其值為固定值，一般設置為行或者列像素 值的1/10, 〇,'|片)和〇,'(."為修正后的投影值。