改正重谱中噪声偏差的正性约束方法和天文高分辨率像复原实验

虽然斑纹掩模法能有效地消除大气流噪声引起的像质衰变,实现望远衍射极限分辨率像复原,但实际的斑纹探测器都不同程度地存在着多种噪声,它们在斑纹图平均功率谱和重谱中产生的偏差将使模和位相的复原受到严重干扰而最终导致像复原的失败。本文讨论了斑纹掩模法像复原中的噪声问题。提出正重谱噪声偏差的正性约束方法,报道了对天文目标：双星ＡＤＳ１６８００和三星Ｈｌｄ１７１ＡＤＳ１６６４８）的高分辨率像复原观测。     

斑点掩模法中的相位复原实施方法和像复原实验

斑点掩摸法能有效地消除地球大气湍流的严重干扰,实现天文目标的望远镜衍射受限分辨率复原,而傅里叶相位谱的复原是核心和难点,讨论了在微机上实现由重谱重复目标相位谱时所面临的实际问题,巨大的重谱信息和计算机有限存储空间的矛盾,递推相位区域和路径,相位缠绕和误差积累等,给出了相应的解决方法对天文目标进行像复原的实验结果。     

自适应光学系统的实时模式复原算法

 分析了自适应光学系统中实时模式复原算法的基本原理，建立了一种新型的传感器本征模复原算法。与常用的直接斜率法相比，这种模式复原算法可以有效减小探测噪声对复原计算过程的影响，提高系统的闭环稳定性和校正效果。在61单元自适应光学系统上实现了这种模式复原算法，并在实际大气湍流中对传感器本征模复原算法和直接斜率法进行了实验对比研究。     

基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法

激光在大气中传输时,由于强湍流或长传输距离的影响,畸变波前中出现由相位起点组成的不连续相位,现有波前复原算法不能有效复原不连续相位,使得自适应光学系统校正效果下降甚至失效.本文分析了最小二乘波前复原算法不能复原相位奇点的原因,提出了基于瀑布型多重网格加速的复指数波前复原算法,给出了复指数波前复原算法中迭代计算、降采样、插值计算的实现方式.研究了该方法对不连续相位和随机连续相位的复原能力,数值分析了采用复指数波前复原算法的自适应光学系统对大气湍流像差的校正效果.仿真结果表明,同等复原精度下,相比直接迭代过程,该方法所需浮点乘数目减少了近2个数量级,且随着夏克-哈特曼波前传感器子孔径数目增加,其在计算量上的优势更加明显. Rytov方差较大时,相比直接斜率法,自适应光学系统采用复指数波前复原算法后校正光束Strehl比提升1倍.     

近场强度分布对线性相位反演算法复原效果的影响

利用数值仿真的方法详细的分析了近场强度分布对线性相位反演算法复原效果的影响.对近场强度分布分别为倾斜、环形和高斯随机型的情况下的复原结果与光强均匀时的复原结果进行对比,结果表明像倾斜型这种大部分为奇函数的近场强度分布对复原效果的影响比较恶劣;而像环形、随机型这样的偶函数或大部分为偶函数的近场强度分布对复原效果的影响则不...     

天文像复原迭代位移叠加法中的噪声偏差补偿

当工作于实际数据时，由于存在着多种噪声，导致了天文像复原迭代位移叠加法中的噪声偏差项，为消除这些噪声偏差项的影响，分别讨论了在观测目标和参考星的斑点数据期间由大气视宁度差异引入的系统误差和探测器严重的附加噪声产生的偏差，并给出了对这些噪声偏差项的补偿方法。     

自适应光学系统的最优斜率复原算法

分析了自适应光学系统的波前斜率校正效果，综合大气湍流扰动和测量噪声的统计特性，在最小二乘复原算法的基础上推导得出一种形式简洁、易于实际操作的最优斜率复原算法。在大气湍流波前扰动条件下，对这种最优斜率复原算法的补偿效果和工作稳定性进行了计算研究。     

部分相干X射线衍射相位成像与相位复原的模拟研究

借助于光学传递函数(OTF)概念，分析了微分相位成像过程和直接相位成像过程，讨论了通过图像处理进行相位复原的方法，得到了具有较高成像对比度和分辨率的实验参量区间，并利用数字方法模拟研究了相位成像的过程，对多种相位复原方法进行了比较。     

对迭代最小二乘法天文像复原方法的改进

在天文班点成像技术中，Hofmann等提出的迭代最小二乘法－－积木法，能避免在由被观测目标像的重谱复原相位谱时复杂的相位递推过程，因此相误差的传递和积累也被消除了，但在该方法中，存在着新的问题；需要大量投放木块的迭代次数和长时间的处理过程，为提高该方法的工作效率，用“迭代位移叠加法”对目标斑点图进行预处理，经少数几次位移叠加的步骤后，很快就提供了目标像的基本结构和分布，得到了积木块投放点的位置，从而避免了盲目投放，大大减少了迭代投放的次数，显著地提高了该方法的效率。     

线性相位反演传感器与哈特曼传感器的实验研究对比

为了进一步分析线性相位反演波前传感器的性能,搭建了基于线性相位反演测量方法的波前传感器的实验装置.针对各种波前随机像差,同时用线性相位波前传感器和哈特曼波前传感器进行测量和复原,将复原结果进行对比.分析了不同的探测分辨力和不同泽尼克复原阶数对线性相位反演传感器复原结果的影响.分析了靶面分辨力,合理的靶面大小对复原精度是有利的,肯定了线性相位反演波前传感器可以用较少的探测单元实现相似精度的测量,采样靶面像素为8 pixel×8 pixel时,误差系数仍很小.利用对随机像差片进行不同阶数的复原,线性相位反演波前传感器的复原残差的误差率基本都在0.25以下,能对前35阶像差进行比较精确的复原.     

相干X射线衍射成像三维重建的数字模拟研究

利用相干X射线衍射成像“过采样”采集样品的远场相干衍射图样, 结合相位重建迭代算法重建物空间样品信息. 三维重建过程中, 边界约束条件是相位重建算法中最为关键的部分. 本文采用数字模拟的方法, 利用灰度值图像作为物空间的样品, 研究并实现了边界条件的自动寻找, 重建结果显示比以往采用较“松”的边界约束更为精确. 利用噪声模拟方法, 研究了衍射图样中不同噪声类型的滤除对重建结果的影响. 研究发现传统的去噪方法在高噪声情况下不能直接应用于相干X射线衍射成像, 并找到了适用于相干X射线衍射成像噪声滤除的有效方法. 研究表明, 此方法能非常有效地降低噪声对重建结果的影响. 利用模拟三维纳米金颗粒作为样品, 完成了对纳米金颗粒中电子密度分布的三维重建, 在有随机噪声的影响下, 也得到了很好的重建结果, 并找到了成功实现三维重建的噪声限为信噪比不低于27. 关键词： X射线相干衍射成像 过采样 三维相位重建 显微成像     

相干X射线衍射成像的数字模拟研究

相位重建是实现X 射线相干衍射成像的关键, 它利用远场采集的样品傅里叶相干衍射花样、结合过采样理论,再采用迭代算法复原样品的相位信息. 文中采用数字模拟的方法, 利用小尺寸二维非周期性图形作为物场, 研究了过采样比对重构结果的影响, 研究发现, 迭代次数为1000 次时最佳过采样比的范围是3—7 之间. 利用噪声模拟方法, 研究了噪声对相位重建的影响, 找到了完成相位重建的噪声限是信噪比不能低于10. 分析了重构结果中孪生像以及随机平移的产生原因, 并给出了相应的解决办法, 结果表明, 此方法可有效地提高重构图像的质量. 关键词： 相干X射线衍射成像 过采样 相位重建算法 显微成像     

Improved matrix inversion in image plane parallel MRI

A new 3D parallel magnetic resonance imaging (MRI) method named Generalized Unaliasing Incorporating Support constraint and sensitivity Encoding (GUISE) is presented. GUISE allows direct image recovery from arbitrary Cartesian k-space trajectories. However, periodic k-space sampling patterns are considered for reconstruction efficiency. Image recovery methods such as 2D SENSE (SENSitivity Encoding) and 2D CAIPIRINHA (Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results IN Higher Acceleration) are special instances of GUISE where specific restrictions are placed on the k-space sampling patterns used. It is shown that the sampling pattern has large impacts on the image reconstruction error due to noise. An efficient sampling pattern design method that incorporates prior knowledge of object support and coil sensitivity profile is proposed. It requires no experimental trials and could be used in clinical imaging. Comparison of the proposed sampling pattern design method with 2D SENSE and 2D CAIPIRINHA are made based on both simulation and experiment results. It is seen that this new adaptive sampling pattern design method results in a lower noise level in reconstructions due to better exploitation of the coil sensitivity variation and object support constraint. In addition, elimination of the non-object region from reconstruction potentially allows an acceleration factor higher than the number of receiver coils used.     

Phase unwrapping method along radial coordinates for speckle image reconstruction

We describe a phase estimating technique for a stellar speckle image reconstruction, which is based on the phase unwrapping method in polar coordinates. The phase unwrapping along radial lines is favorable to reduce accumulating errors in the phase estimation. This method is combined with Bruck-Sodin method which gives the estimate of the modulus of an object transform without a point reference source. Computer simulations of the image reconstruction are presented.     

几种光学图象相位加密方法的比较

本文分析比较了多种实现光学图象相位加密的方法,发现不同方法获得的加密图象有不同类型的噪音分布.无论加密相位是随机相位模板、浑沌序列的相位列阵,还是用相位重构迭代算法计算的结果,它们都能起到加密图象的功能.解密图象的质量或被相关识别的能力与解密过程中所使用正确解密相位的不同部分以及高低频分量多少有关,且其依赖程度是由不同的加密方法自身决定.     

Noise estimation in parallel MRI: GRAPPA and SENSE

Parallel imaging methods allow to increase the acquisition rate via subsampled acquisitions of the k-space. SENSE and GRAPPA are the most popular reconstruction methods proposed in order to suppress the artifacts created by this subsampling. The reconstruction process carried out by both methods yields to a variance of noise value which is dependent on the position within the final image. Hence, the traditional noise estimation methods – based on a single noise level for the whole image – fail. In this paper we propose a novel methodology to estimate the spatial dependent pattern of the variance of noise in SENSE and GRAPPA reconstructed images. In both cases, some additional information must be known beforehand: the sensitivity maps of each receiver coil in the SENSE case and the reconstruction coefficients for GRAPPA.     

基于改进的拉普拉斯金字塔变换的图像融合方法

介绍了传统的拉普拉斯变换存在的缺点以及改进的拉普拉斯变换的基本原理和重构方法,分析了新的重构算法能够在重构时抑制噪声的特点。提出了在图像融合过程中会引入噪声的问题,并通过实验分析了图像融合过程中引入的噪声情况。使用新的重构算法能够在图像重构过程中,而不是在系数处理过程中,有效抑制融合噪声。给出了基于改进的拉普拉斯变换方法进行图像融合的基本架构,并对变换系数的设置与融合过程的处理进行了详细的介绍。仿真实验的主客观性能比较表明,基于改进的拉普拉斯变换的图像融合方法比其它几种基于金字塔变换的融合效果要好得多。     

高阶光学强度相干成像的相位恢复方法改进

为了提高强度相干方法对空间目标的成像质量,避免复杂的相位估计过程及其引入的额外误差,对高阶强度相干的相位恢复方法进行了改进.在对高阶强度相干相位测量信噪比定量讨论的基础上,选择三阶强度相干方法对远场目标测量过程进行仿真,针对相位解算过程中频谱模值传递噪声放大等问题,根据相位估计与相位测量结合的思路,提出了相位闭合正则项改进算法.通过室内强度相干成像实验,比较改进算法与最速下降法、先验信息迭代方法对相同测量结果的图像恢复效果.实验结果表明,改进算法得到的图像误差值低于原有方法,较为有效地提高了成像质量.