本技術(shù)屬于圖像處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的成像仿真方法、裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在各種成像系統(tǒng)中，如光學(xué)顯微鏡、天文望遠(yuǎn)鏡、數(shù)字相機(jī)以及醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中，成像質(zhì)量是一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。成像質(zhì)量直接影響到使用這些系統(tǒng)進(jìn)行觀察、分析和診斷的準(zhǔn)確性和有效性。傳統(tǒng)評(píng)估成像質(zhì)量的方法主要包括調(diào)制傳遞函數(shù)(mtf)、信噪比(snr)等，但這些方法往往需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)量手段，且在某些情況下無法準(zhǔn)確反映成像系統(tǒng)的綜合性能。

2、目前，一些研究成果提出的方法已經(jīng)能夠進(jìn)行成像質(zhì)量評(píng)價(jià)，但這些方法大多集中在特定類型的成像系統(tǒng)，如光學(xué)顯微鏡或天文望遠(yuǎn)鏡，并多半側(cè)重于理論分析，缺乏具體的仿真步驟和實(shí)現(xiàn)途徑；此外，在復(fù)雜光學(xué)成像系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法需要復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)量手段，現(xiàn)有的仿真平臺(tái)無法全面準(zhǔn)確地反映成像系統(tǒng)的性能，因此目前的成像仿真方法的仿真結(jié)果準(zhǔn)確性和仿真效率還存在著一定的缺陷。

3、因此，如何提高成像質(zhì)量的準(zhǔn)確性和效率，是當(dāng)前亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本技術(shù)的目的在于提供一種基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的成像仿真方法、裝置及電子設(shè)備，旨在解決目前成像仿真準(zhǔn)確性和效率不佳的問題。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的成像仿真方法，包括：

3、建立光學(xué)系統(tǒng)拍攝圖像對(duì)應(yīng)的光源模型，獲取光源模型的點(diǎn)光源經(jīng)過所述光學(xué)系統(tǒng)作用后的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

4、根據(jù)所述光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭材料和加工誤差，對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的幾何模型進(jìn)行更新，得到具有不同誤差的光學(xué)系統(tǒng)模型，并獲取不同光學(xué)系統(tǒng)模型下的誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

5、對(duì)各誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)按照預(yù)設(shè)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，得到綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

6、將所述綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)按照光線分布形成陣列圖，將所述陣列圖與拍攝圖像進(jìn)行卷積，得到模擬像差造成的模糊效果的退化圖像；

7、將所述光學(xué)系統(tǒng)的畸變模型應(yīng)用到所述拍攝圖像中，得到模擬畸變的形變效果圖像，基于所述形變效果圖像和退化圖像實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)系統(tǒng)的成像仿真。

8、本技術(shù)實(shí)施例通過綜合考慮光學(xué)系統(tǒng)的材料、加工誤差、像差和畸變等因素，能夠更精確地模擬實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)的成像效果，進(jìn)而提高成像仿真的準(zhǔn)確性和效率，并且通過加權(quán)平均多個(gè)誤差下的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，能夠反映出不同誤差的綜合影響，避免了僅考慮單一誤差可能帶來的偏差。通過卷積操作和畸變模型的應(yīng)用，能夠生成更接近真實(shí)光學(xué)系統(tǒng)成像效果的圖像。

9、可選地，所述幾何模型的更新包括：

10、根據(jù)所述光學(xué)系統(tǒng)各鏡片的曲率半徑、厚度、折射率分布，以及鏡片表面的微觀不規(guī)則性和位置偏差對(duì)所述幾何模型進(jìn)行更新；

11、將各鏡片的參數(shù)隨機(jī)擾動(dòng)在公差范圍內(nèi)，得到具有不同誤差的光學(xué)系統(tǒng)模型。

12、可選地，所述獲取光源模型的點(diǎn)光源經(jīng)過所述光學(xué)系統(tǒng)作用后的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，包括：

13、對(duì)所述拍攝圖像進(jìn)行視場(chǎng)分塊，得到多個(gè)視場(chǎng)塊；

14、將各視場(chǎng)塊的中心點(diǎn)作為當(dāng)前視場(chǎng)范圍的采樣點(diǎn)；

15、利用采樣點(diǎn)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡計(jì)算，獲取所述點(diǎn)光源經(jīng)過所述光學(xué)系統(tǒng)作用后的彌散斑；

16、根據(jù)所述彌散斑確定所述點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。

17、可選地，所述利用采樣點(diǎn)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光線追跡計(jì)算，獲取所述點(diǎn)光源經(jīng)過所述光學(xué)系統(tǒng)作用后的彌散斑，包括：

18、確定采樣點(diǎn)光線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的光線路徑，并確定在成像平面上形成的交點(diǎn)坐標(biāo)；

19、對(duì)所述交點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行像元?dú)w屬計(jì)算，確定每個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)的像面離散像元；

20、統(tǒng)計(jì)所述像面離散像元的接收到的交點(diǎn)數(shù)目，將所述交點(diǎn)數(shù)目映射為圖像像素值，并對(duì)所述圖像像素值進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)處理后的像素圖像得到所述彌散斑。

21、可選地，對(duì)各誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)按照預(yù)設(shè)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，得到綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，包括：

22、根據(jù)預(yù)設(shè)的加權(quán)因子對(duì)每個(gè)所述誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)賦予不同的權(quán)重，對(duì)同意采樣點(diǎn)的不同誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行權(quán)重加權(quán)，得到綜合考慮加工誤差后的綜合擴(kuò)散函數(shù)；

23、其中，所述加權(quán)因子基于誤差出現(xiàn)的頻率或嚴(yán)重程度確定。

24、可選地，所述將所述陣列圖與拍攝圖像進(jìn)行卷積，得到模擬像差造成的模糊效果的退化圖像，包括：

25、將每個(gè)綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)與原始圖像進(jìn)行卷積，得到單一視場(chǎng)作用下的退化圖像集；

26、利用插值法件所述退化圖像集進(jìn)行融合，得到光學(xué)系統(tǒng)不同視場(chǎng)作用下的退化圖像。

27、可選地，將所述光學(xué)系統(tǒng)的畸變模型應(yīng)用到所述拍攝圖像中，得到模擬畸變的形變效果圖像，包括：

28、建立所述光學(xué)系統(tǒng)的畸變模型，利用插值法獲取所述拍攝圖像的像素值，根據(jù)所述像素值模擬畸變?cè)斐傻男巫冃Ч?，得到形變效果圖像。

29、第二方面，本技術(shù)還提供一種基于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的成像仿真裝置，包括：

30、函數(shù)確定模塊，用于建立光學(xué)系統(tǒng)拍攝圖像對(duì)應(yīng)的光源模型，獲取光源模型的點(diǎn)光源經(jīng)過所述光學(xué)系統(tǒng)作用后的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

31、模型更新模塊，用于根據(jù)所述光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭材料和加工誤差，對(duì)所述光學(xué)系統(tǒng)的幾何模型進(jìn)行更新，得到具有不同誤差的光學(xué)系統(tǒng)模型，并獲取不同光學(xué)系統(tǒng)模型下的誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

32、加權(quán)平均模塊，用于對(duì)各誤差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)按照預(yù)設(shè)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，得到綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)；

33、卷積模塊，用于將所述綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)按照光線分布形成陣列圖，將所述陣列圖與拍攝圖像進(jìn)行卷積，得到模擬像差造成的模糊效果的退化圖像；

34、模擬畸變模塊，用于將所述光學(xué)系統(tǒng)的畸變模型應(yīng)用到所述拍攝圖像中，得到模擬畸變的形變效果圖像，基于所述形變效果圖像和退化圖像實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)系統(tǒng)的成像仿真。

35、第三方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，包括：至少一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序；至少一個(gè)處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的程序，當(dāng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的程序被執(zhí)行時(shí)，處理器用于執(zhí)行第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所描述的方法。

36、第四方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在處理器上運(yùn)行時(shí)，使得處理器執(zhí)行第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所描述的方法。

37、第五方面，本技術(shù)提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在處理器上運(yùn)行時(shí)，使得處理器執(zhí)行第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所描述的方法。

38、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以參見上述第一方面中的相關(guān)描述，在此不再贅述。

39、總體而言，通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

40、(1)本技術(shù)通過對(duì)光源模型和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的深入分析，能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估光學(xué)系統(tǒng)在不同條件下的成像表現(xiàn)，并且能夠通過明確各種因素(如鏡頭設(shè)計(jì)、材料特性、加工誤差等)對(duì)最終圖像質(zhì)量的影響，進(jìn)而提高成像仿真的準(zhǔn)確性和效率，并且通過更新后的模型加權(quán)得到綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，能夠更準(zhǔn)確地模擬光學(xué)系統(tǒng)中的像差，進(jìn)一步提升成像質(zhì)量的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

41、(2)本技術(shù)通過建立綜合點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)并進(jìn)行卷積運(yùn)算，可以生成更為真實(shí)的退化圖像，能夠預(yù)測(cè)在實(shí)際拍攝條件下可能出現(xiàn)的圖像模糊和畸變現(xiàn)象，能夠全面分析和改進(jìn)圖像質(zhì)量，提升圖像處理和分析的可靠性。

42、(3)本技術(shù)通過建立光學(xué)系統(tǒng)的畸變模型并應(yīng)用插值法進(jìn)行像素值計(jì)算，可以有效糾正圖像中的畸變，能夠提高圖像的準(zhǔn)確性和清晰度，使其更接近實(shí)際場(chǎng)景。對(duì)圖像進(jìn)行畸變校正后，可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行后續(xù)的圖像分析和處理。