基于噪声特性的大气湍流退化图像多帧盲反卷积复原

由于大气湍流和噪声的影响,造成观测目标图像的退化.为了目标的精确观测,根据噪声特性,结合符合物理意义的约束条件,提出了新的大气湍流图像盲反卷积复原最小化模型,并以共轭梯度数值优化方法交替迭代求解,复原观测目标图像.为验证提出的算法的有效性,在计算机上模拟参数为望远镜口径为2.0 m,大气相干长度为0.1 m,图像信噪比为10 dB的大气湍流退化和噪声污染的图像,以提出的盲反卷积复原方法复原,实验结果表明,提出的盲反卷积复原算法避免了传统的盲反卷积复原算法的缺陷,有效地克服大气湍流和噪声的影响,复原出了清晰的观测目标图像.该图像盲反卷积复原方法的研究,对地基望远镜的观测有重要的基础性作用.     

基于总变分的湍流退化噪声图像盲反卷积复原

根据总变分的噪声抑制特性和大气湍流成像过程,建立了基于总变分的大气湍流噪声图像多帧盲反卷积复原最小化模型,以基于共轭梯度数值优化方法的交替迭代算法求解,复原出了观测目标的清晰图像。在计算机上模拟了湍流退化和噪声污染图像。实验结果表明,该复原算法能有效地克服大气湍流和噪声的影响,可复原出清晰的原始目标图像。     

改进的盲解卷积技术在远距离激光光斑图像复原中的应用

为了提高外场实验中远距离测量激光光斑位置的精度,提出利用盲解卷积技术对光斑图像进行事后复原来削弱大气湍流对光斑成像的影响。首先,介绍了经典盲解卷积算法,分析了其不足之处,并提出了一种改进的盲解卷积算法。为了提高目标函数的收敛性和收敛速度,在TV(Total Variation)目标函数加入惩罚项,并对交替迭代法进行改进。然后,用数学方法证明了改进的盲解卷积算法的收敛性。最后,进行了仿真实验。与传统算法相比,用改进算法恢复的图像信噪比至少提升了15%。文中给出了外场试验图像的实际复原效果。     

天文图像多帧盲反卷积收敛性的增强方法

天文图像多帧盲反卷积的收敛性受到初始目标、约束条件和光子噪声等因素的影响.提出了用实际光学成像系统参数确定频率带宽有限约束的方法.用Knox-Thompson 方法重构初始目标相位形成盲反卷积算法的初始目标函数.研究了一种新颖的有效减小光子噪声、边缘效应和振铃现象的方法.根据最大似然估计理论，用期望最大化的优化方法建立了改进的严格约束多帧盲反卷积算法.模拟图像和实际天文图像的复原结果表明，所建立的多帧盲反卷积，可以有效克服大气湍流和减小光子噪声，改善天文观察图像的分辨率，并部分消除光学系统衍射效应对恢复图像的影响. 关键词： 大气光学 天文观测 图像处理和恢复     

天文望远镜像差对斑点成像技术的影响

着重研究了采用斑点成像技术处理天文望远镜图像时,光学系统固定像差对图像恢复结果的影响。在详细研究各种恢复天文图像振幅和相位的理论和方法的基础上,建立了一个包括Labeyrie振幅恢复方法和KnoxThompson相位重构方法的恢复扩展目标的斑点成像处理模型,分析了光学系统固定像差对系统传递函数相位分布和目标相位重构的影响：天文目标通过大气成像,固定像差将会被淹没在大气湍流随机起伏中,像差对相位重构没有显著影响。处理图像结果表明,斑点成像技术能同时消除大气湍流和望远镜系统固定像差的影响,得到高分辨力的扩展目标图像。还提出了一种消除光学系统像差的方法。     

基于图像复原的高光谱图像前向像移补偿

为了提高高光谱图像空间维的图像分辨力,针对航空遥感器成像时由前向像移造成的图像模糊提出了像移补偿方法。分析了航空遥感器前向像移造成图像模糊的退化机制,对运动模糊图像进行了预处理;估计了点扩散函数和噪声功率,使用改进的维纳滤波算法对图像进行复原并以绝对平均误差、峰值信噪比作为评价标准进行了实验。在估计出模糊图像点扩散函数和噪声功率的情况下得到的结果显示:与传统的维纳滤波复原算法相比,改进的维纳滤波复原算法的图像绝对平均误差降低了9.31%,峰值信噪比提高了13.98%,表明提出的算法能够有效改善高光谱图像的像质。     

天文图像空域重建新方法：迭代位移叠加法

在天文斑点成像中 ,基于斑点图中一个新的位移基准点———目标的自相关极大值点 ,提出了一种在空间域中重建天文图像的迭代位移叠加法 (ISA法 ) ,它能有效地消除大气湍流影响 ,实现望远镜衍射受限分辨率天文成像。在阐述了该方法的基本原理之后 ,给出了一些天文目标的像复原实验     

双树复数小波变换的视网膜图像半盲解卷积复原

针对导致自适应光学视网膜图像降质退化的原因,提出了一种结合双树复数小波变换(DTCWT)和图像半盲解卷积复原算法的方法。首先,对经过自适应光学实时校正技术得到的视网膜图像进行DT-CWT分解,得到低频和高频部分应的图像。将自适应光学成像系统中残余像差重建的光学传递函数作为图像复原模型的初始估计点扩散函数(PSF),并对低频部分图像进行条件约束的迭代半盲解卷积复原;对高频部分的图像进行去噪处理。最后,将处理后的高频和低频部分图像进行双树复数小波逆变换,获得复原图像。实验和结果表明:由该方法处理的视网膜细胞图像质量得到明显提高,图像客观质量评价参数相对于原始图像提高了5倍多;在视网膜细胞的空间频率范围内(70~90(°)~1),复原图像功率谱平均值提高了5倍左右,有助于对视网膜细胞的高分辨率观察。     

盲图像复原研究现状

盲图像复原是在未知或不完全确知相关原始图像与成像点扩展函数的先验知识的情形下,利用所观测到的降质图像对原始图像和点扩展函数进行估计的一种图像处理方法。本文对近年来涌现出的主要盲图像复原算法进行了回顾,并根据相应的理论来源及相互联系将其划分为四大类,对各类复原算法及其改进算法进行了分析和讨论,为更清晰与深刻地认识和理解盲图像复原理论、解决实际图像降质问题提供参考。     

盲图像复原研究现状

盲图像复原是在未知或不完全确知相关原始图像与成像点扩展函数的先验知识的情形下,利用所观测到的降质图像对原始图像和点扩展函数进行估计的一种图像处理方法。本文对近年来涌现出的主要盲图像复原算法进行了回顾,并根据相应的理论来源及相互联系将其划分为四大类,对各类复原算法及其改进算法进行了分析和讨论,为更清晰与深刻地认识和理解盲图像复原理论、解决实际图像降质问题提供参考。     

气动光学效应分析与气动模糊图像复原

针对超音速飞行器在大气中飞行时所产生的湍流脉动气动光学效应进行了理论分析与计算,并对气动模糊图像进行了复原.首先根据计算流场时使用的湍流模型及其控制方程,计算脉动流场气动光学效应所对应的点扩散函数.计算结果表明,气动光学点扩散函数的幅度响应函数具有低通特征,使目标图像成像模糊.在相同飞行高度下,马赫数越高,图像模糊越严重.通过把气动光学效应传递函数应用于风洞实验吹风前图像,并将得到的气动模糊图像与吹风后实测图像的对比,验证了理论点扩展函数的正确性.最后,提出了一种改进的Landweber迭代图像复原方法对气动光学效应进行了校正.该方法在每一步迭代时对松弛因子进行修正,具有较快收敛速度和更好的复原效果.     

基于FPGA的实时大气湍流图像复原算法及实现

由于大气湍流的影响,远距离光学成像设备获取的图像会出现严重的退化现象,例如几何畸变、运动模糊和离焦模糊等。目前主流的湍流复原算法通常依赖于非刚性配准、重建,或者从长时的视频序列中寻找稀有的“幸运区域”,这些方法均需要庞大的计算量或者提前获得完整视频数据,无法满足实际应用场景的实时性要求。因此,提出一种可在FPGA中实现的实时湍流复原算法。该方法利用大气湍流的随机性,通过连续帧信息对图像进行时间域的滤波,解决了图像几何畸变的问题;然后,将频域的维纳滤波转换为较为容易实现的空间域卷积,解决了图像模糊的问题。实验表明,本文算法不仅满足了实时性要求,同时有效地实现了湍流图像的复原。     

基于目标和点扩展函数联合估计的点源目标图像近视解卷积

在传统的基于波前探测的解卷积方法中,由波前探测得到的点扩展函数被认为是精确的,并用维纳滤波进行复原,但是点扩展函数不可避免地存在误差,所以最终的复原目标图像质量不佳.为了解决该难题,提出了基于目标和点扩展函数联合估计的图像近视解卷积算法.它运用了点扩展函数和目标的先验信息,对点扩展函数和目标进行了规整和进一步约束,从而得到更优的恢复图像质量.对该方法的原理和实现过程进行了阐述,并将其运用于室内点源目标数据中.实验结果证明,与维纳滤波方法相比,该方法使图像恢复的效果得到明显改善.     

基于维纳滤波的迭代盲解卷积

盲解卷积是在两个卷积因子未知的情况下,通过卷积结果来获知卷积因子的。不考虑噪声,针对高斯模糊图像,在初始估计点扩展函数之后,利用维纳滤波的方法进行频域迭代盲解卷积,达到图像恢复的目的。实验表明,恢复的图像纹理比较清晰,边缘有所改善,主观视觉效果显著。该算法提高了分辨率。     

湍流大气成像系统长曝光传递函数的研究

采用傅里叶变换法对在Kolmogorov谱大气湍流下望远镜的长曝光成像进行了模拟,给出了湍流大气成像系统长曝光传递函数的数值模拟方法,求出了在此情况下的长曝光传递函数。给出了大气湍流在Kolmogorov谱假设下成像系统长曝光传递函数的理论值。基于空间目标为点目标的假设,提出了一种湍流大气成像系统长曝光传递函数的测量方法。对由三种方法获取的大气湍流长曝光传递函数进行了比对分析。结果表明,由三种方法获取的大气湍流长曝光传递函数基本上是一致的,由傅里叶变换法模拟和实际测量得到的传递函数是合理的。     

基于指数律分布的图像快速盲复原算法

针对现有图像盲复原迭代算法多存在耗时较长和难以保证收敛性等问题,提出一种改进的快速算法.首先根据指数律重建原始图像的频谱,然后利用原始图像和降质图像的频谱关系,采用多方向综合估计方法得到点扩散函数.多方向综合估计方法可降低估计误差,增加算法的稳定性.最后利用得到的点扩散函数和维纳滤波法进行图像重建.与现有算法的对比实验结果表明,针对适合大量成像系统的G类点扩散函数,本算法可以得到更准确的点扩散函数估计,且降低了振铃效应的影响,取得更好的图像复原效果.     

利用相位差法测量望远镜像差

大气湍流引起的动态波前畸变和望远镜的像差是限制望远镜分辨力的主要因素,如何准确地测量望远镜的像差是进一步提高望远镜分辨能力的关键问题。相位差法利用在焦面和离焦面上同时采集到的短曝光图像,恢复出瞬时波前相位分布,然后根据大气湍流的统计特性进行平均,可以实现对望远镜像差的估计。通过计算机模拟实验,对利用相位差法恢复光瞳上的波前相位和测量望远镜像差进行了研究。模拟研究结果表明,利用相位差法能有效地估计出望远镜像差,估计均方根误差约为0.08个波长。     

望远镜扩展成像像质方法研究

现有评价方法单独针对噪声或模糊全景图像,不能满足望远镜扩展成像评价需求,为此,结合望远镜成像机理特性,设计并提出了一种对比度与结构相似度下的无参考成像像质评价方法.给出了该方法的基本原理、具体实现流程以及数学模型,并结合仿真图像与实测图像对所提方法进行有效性验证,结果表明:所提出的评价方法可以给出序列离焦图像、噪声图像以及离焦噪声图像的有效定量评价值,评价结果接近于人眼的视觉特性.该方法实现了对同时受到噪声与模糊影响扩展望远镜成像像质的有效定量评价,评价结果具有高的准确性、单调性以及一致性.     

空间调制傅里叶变换光谱仪光谱探测中的大气扰动分析

在利用空间调制傅里叶变换光谱仪对远距离目标进行光谱遥测时,大气湍流扰动引起的入射光场的波前畸变会影响干涉图像和复原光谱的质量。根据大气湍流扰动对光场的相位调制作用,建立了大气湍流的随机相位模型与光场在大气中的分步传输模型,并对大气湍流扰动作用下的干涉图像与复原光谱进行了数值计算,结果显示:大气湍流会导致干涉图像的背景产生低频的强度起伏,并致使复原光谱在低频区域出现伴频噪声。采用统计实验的方法对归一化光谱误差与望远系统入瞳放大率、大气相干长度之间的关系进行统计分析。结果表明:归一化光谱误差的统计均值与望远系统入瞳放大率为准线性正相关,与大气相干长度为非线性负相关。依据归一化光谱误差的统计分析结果便可以根据外场环境的大气相干长度,合理地设计望远系统的入瞳放大率,从而实现对目标光谱的有效探测。     

盲反卷积方法在水下激光图像复原中的应用

由于水体对激光存在着吸收和散射效应,距离选通水下激光成像系统所获得的图像存在不同程度的劣化问题,具有信噪比低、边缘模糊等特点。为提高图像质量,在分析水下激光成像劣化过程的基础上,研究了水下激光图像的基本噪声特征,并结合点扩展函数和调制传递函数,利用威尔斯小角度近似理论,将盲反卷积方法应用到水下激光图像复原中。在进行盲反卷积图像复原时,比较和讨论了将原始图像和经过降噪处理后的图像分别作为初始输入的处理结果;并对当人为改变调制传递函数和点扩展函数时所得到的图像复原结果进行了研究和讨论。处理结果表明该方法能达到抑制背景噪声、突出目标细节、提高对比度的效果,对水下激光图像增强十分有效。