消除LCD运动图像逆模型极点的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用基于变步长LMS算法的非线性Volterra系统拟合LCD运动图像逆模型以消除其极点的消除LCD运动图像逆模型极点的方法，它包括：1)对输入的图像归一化处理；2)计算sinc-1模型的输出图像信号，作为观察图像；3)对sinc-1模型的输出信号归一化处理；4)采用基于变步长LMS算法的非线性Volterra系统拟合sinc-1模型，构建一个LCD运动去模糊的可逆系统；5)利用sinc模型对非线性Volterra系统的输出信号进行LCD运动模糊的原系统处理；6)对获得的图像信号进行归一化处理，将图像灰度值限制在可视范围内。本发明专利技术不但消除了LCD运动去模糊逆模型的极点，同时，采用变步长LMS算法训练Volterra的核函数参数矢量，令均方误差曲线收敛更快，算法简单，鲁棒性强，且容易在硬件上实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种LCD运动图像逆模型的极点问题的消除方法，具体来说，它涉及一种利用基于变步长LMS算法的非线性Volterra系统拟合LCD运动图像逆模型以消除其极点的方法，属于数字图像处理技术与系统辨识

技术介绍
纵观现在的监视器市场，IXD (液晶显示器)已经在慢慢取代CRT (阴极射线管)显示器，随着平板电视机成本的降低，在电视机市场中，平板LCD显示器也将有越来越大的占有额。液晶显示器与传统的CRT显示器相比，具有许多优秀的特点，例如，显示质量高，由于液晶显示器(LCD)每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器(CRT)那样需要不断刷新亮点，因此，LCD画质高而且绝对不会闪烁，把眼睛疲劳降到最低，无电磁辐射。然而，LCD并不完美，要想在各个性能指标上超越传统的CRT显示器，还有需要解决的问题，其中一个问题就是对运动图像的显示效果，具体来说，就是在运动图像的边缘会出现不同程度的模糊，即LCD的运动模糊问题，作为下一代显示器的LCD将是一种能够很好支持高清图像显示技术的物质载体，而对运动图像的不理想表现已经成为制约先进显示技术的障碍，这个问题已经引起了人们的关注，同时也取得了一些研究进展，但仍未能完满解决这个问题。运动图像模糊的解决方法是当前一项研究热点，但至今仍未能获得有效的解决， 其实，IXD运动模糊现象是由IXD的显示特性和人眼视觉系统(Human Visual System,HVS) 的特性共同作用而引起的，国内外的学者们从引起该问题的LCD的保持型显示特性及人眼视觉系统的运动跟踪特性出发，提出了一系列硬件或软件的办法来解决该问题。在硬件方面，利用响应时间补偿技术与过压驱动技术已可令LCD面板的响应时间达到了 1ms，在一定程度上提高了运动图像的显示质量，但简单地提高IXD面板的响应速度，其实对减少运动模糊现象并没有多大的作用，举例来说，响应时间为16ms的LCD面板而言，实际上只有30%的模糊是由慢响应特性引起的；采用倍频技术将帧频提升到240Hz后， 也可以在很大程度上消除LCD运动模糊的现象，但其带来的功耗、带宽、和干扰等问题不容忽视；模拟CRT脉冲驱动的方案对运动模糊也有一定的改善效果，但其中的背光闪烁技术容易导致亮度下降的问题，背光源扫描技术则存在LED背光成本较高，亮度不均勻等问题； 黑帧插入技术容易产生漏光现象，增加对数据速率和带宽的要求，从而增加技术的难度和成本。可见，单纯采用物理方案虽能取得一定的运动去模糊的效果，但代价过高，难以彻底解决该问题。而在采取上述物理方案的基础上，利用图像处理技术可以更进一步改善IXD运动模糊现象，Michiel A. Klompenhouwer与Leo Jan Velthoven提出一种基于频域的运动向量预补偿逆滤波(Motion Compensated Inverse Filtering, MCIF)的方法，对显示特性与人眼的低通滤波特性进行预补偿，能在很大程度上恢复LCD运动图像的锐利度，Shay Har-Noy与Truong Q. Nguyen提出一种改善IXD运动模糊的方法，就是在输入信号到IXD之前，将信号分解成双通道，分别采用高效的非迭代滤波器库进行FIR(Finite Impulse Response)滤波，然后再合成送入LCD显示器输出，达到IIRanfinite Impulse Response)滤波器的效果，但从下文的分析可知，LCD的运动模糊现象只发生在运动方向上，其他方向不会发生模糊现象，上述方案对所有方向都进行补偿，这实际上是一种过补偿，Shay Har-Noy他们还提出另一种方法，即将LCD运动模糊现象看作是一种图像的退化问题，采用非参数迭代算法 Richardson-Lucy反卷积算法，找出点扩散函数PSF (Point Spread Function)，再通过一定的迭代令输出图像收敛到同真实图像相近的最大似然图像，从而达到降低图像模糊的目的。Jim Xia等人在Shay Har-Noy的基础上，提出一种运动自适应去模糊滤波器以还原图像的方法，但点扩散函数难以找到，如果精度不足反而容易引起图像无法恢复的现象，而且也可能会出现图像边缘失真问题。上述方案都是在对运动图像显示前进行预补偿，这是一条比较可行的思路，并也取得了一定的改善效果，但由于LCD运动去模糊最终要在硬件上实现，故上述方法并不适用。从系统辨识的角度出发，由于sine模型是LCD运动模糊的频域数学模型，故将其逆(sine—1模型)作为LCD运动模糊逆系统，与原系统级联组合，即可实现LCD运动去模糊的效果，但sine—1模型存在极点问题，无法恢复极点处的频率，且难以硬件实现，所以其应用受到极大的限制，钟翊炜等提出一种通过建立二维全极点滤波器的极点聚焦技术，根据速率采用不同的系数插值计算得到一个取代sine—1模型极点的新位置，从而恢复该点的频率以作为极点的频率，但该方法只在高频处才能得到有效的改善，且难以硬件实现，因此迫切需要寻求一种能消除该逆模型的极点问题的方法。
技术实现思路
针对以上的不足，本专利技术提供了一种利用基于变步长LMS算法的非线性Volterra 系统拟合LCD运动图像逆模型以消除其极点的消除LCD运动图像逆模型极点的方法，它包括1)对输入的图像进行归一化处理；2)计算sine—1模型的输出图像信号，作为观察图像；3)对SirnT1模型的输出信号进行归一化处理；4)采用基于变步长LMS算法的非线性Volterra系统拟合sine—1模型，构建一个 LCD运动去模糊的可逆系统；5)利用sine模型对非线性Volterra系统的输出信号进行IXD运动模糊的原系统处理；6)对步骤幻获得的图像信号进行归一化处理，将图像灰度值限制在可视范围内。所述步骤4)包括41)利用非线性Volterra系统拟合sine—1模型sine-1 ( · ) ^ Yn = ffET · Xn将某一速度下的SirnT1系统输出作为输出Yn，输入Xn为已知，We为Volterra的核函数参数矢量；42)利用变步长LMS算法训练Volterra的核函数参数矢量WE。所述步骤42)包括Step 1)获取与相同的输入矢量X(n)，与核矢量W(n)相乘后，由下式求取误差 e(n)e(n) =Y (η) _ΧΤ (η) W (η)其中，Y(η)为sine—1逆系统的输出矢量；Step 2)根据下式计算新的步长μ (η) = β (1-exp (-α e (η) |2))其中，0 < μ (η) < 1/λ_，λ_是输入信号自相关矩阵的最大特征值，在满足算法收敛的情况下，α > 0控制函数的形状、β > 0控制函数的取值范围；Step 3)根据乂印2)计算得到的新的步长，计算新的n+1时刻的核矢量W(n+1)W (n+1) =W (η)+2 μ (η) e (η) X (η)；Step 4)重复乂印1，直到| e (η) |达到最小，此时μ (η)也达到最小，即算法进入稳态，由此得到最佳解，此时结束迭代。本专利技术的有益效果本专利技术将IXD运动图像去模糊看作一个系统辨识的问题，即 LCD运动模糊问题可看作是一个S本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种消除ＬＣＤ运动图像逆模型极点的方法，其特征在于，它包括：１）对输入的图像进行归一化处理；２）计算ｓｉｎｃ－１模型的输出图像信号，作为观察图像；３）对ｓｉｎｃ－１模型的输出信号进行归一化处理；４）采用基于变步长ＬＭＳ算法的非线性Ｖｏｌｔｅｒｒａ系统拟合ｓｉｎｃ－１模型，构建一个ＬＣＤ运动去模糊的可逆系统；５）利用ｓｉｎｃ模型对非线性Ｖｏｌｔｅｒｒａ系统的输出信号进行ＬＣＤ运动模糊的原系统处理；６）对步骤５）获得的图像信号进行归一化处理，将图像灰度值限制在可视范围内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，朱雄泳，林继东，董富德，
申请(专利权)人：谭洪舟，
类型：发明
国别省市：81