基于大气相干长度的湍流模糊图像复原

利用地基光学望远镜观测空间目标时,大气湍流是影响成像质量的主要因素。由于大气湍流引起成像波面的畸变,导致望远镜所获得的图像模糊。为了从模糊图像中复原出目标的原始图像,提出了一种基于大气相干长度的湍流点扩展函数估计方法,进行了理论推导,并利用Sobel方法对迭代相同次数后的盲卷积复原图进行像质评价,找出像质评价结果峰值处对应的大气相干长度;再将此值代入点扩展函数的估计公式中,得到点扩展函数更加准确的估计;然后利用此点扩展函数对湍流模糊图像进行盲卷积图像复原,最后得到目标的复原图像。从多种像质评价结果来看,该方法无需测量大气相干长度,且复原效果较理想。     

畸变校正与帧差法相结合的运动目标检测

提出了一种图像畸变校正与帧差法相结合的运动目标检测方法。首先利用实验测量和曲线拟合的方法对光学成像系统的畸变进行测量校正,以满足运动目标检测的精度要求;然后将畸变校正方法应用在实时获取的视频图像帧中,利用帧差法实现光学成像系统旋转运动时的运动目标检测。实验表明,该算法可行、抗噪性好,能够满足实时性需求。     

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。     

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.     

水面波动和水体湍流退化图像的复原方法

水面波动对水下图像造成的畸变和水体湍流造成的模糊等严重制约了空中对水下目标探测、水下透空目标警戒、海上搜救等的应用，实现畸变和湍流校正具有重要的意义。综述了复原水面波动和水体湍流引起的图像失真的研究进展，给出了基于幸运块(lucky patch)选择的校正、基于图像配准的校正、基于水面波形估计的校正和基于图像退化模型的校正四大类方法的特点及典型的图像复原效果，并分析了复原水面波动和水体湍流退化图像复原方法进一步深入研究的内容。     

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。     

利用加权预测的图像迭代盲解卷积

为解决大气湍流造成的图像退化问题,本文鉴于现有的盲解卷积算法收敛性不稳定,计算量大等特点,提出了一种基于加权预测的迭代盲解卷积算法。对目前性能优秀的用迭代实现盲解卷积的L-R算法进行优化,在每次迭代结束后通过加权方法求出预测值,根据预测值计算方向加速算子,从而大大提高算法的收敛速度。实验表明:该算法不仅可对模糊退化图像进行很好的复原,同时与L-R算法相比收敛速度提高约43.8倍,其迭代速度快的特点决定了算法具有较高的工程实用价值。     

利用加权预测的图像迭代盲解卷积

为解决大气湍流造成的图像退化问题,本文鉴于现有的盲解卷积算法收敛性不稳定,计算量大等特点,提出了一种基于加权预测的迭代盲解卷积算法。对目前性能优秀的用迭代实现盲解卷积的L-R算法进行优化,在每次迭代结束后通过加权方法求出预测值,根据预测值计算方向加速算子,从而大大提高算法的收敛速度。实验表明：该算法不仅可对模糊退化图像进行很好的复原,同时与L-R算法相比收敛速度提高约43.8倍,其迭代速度快的特点决定了算法具有较高的工程实用价值。     

基于空间域共轭梯度法的盲目图像复原

针对图像退化的几种常见形式,在最小二乘法的基础上提出了一种基于共轭梯度法的空间域加权盲目图像复原方法。通过实验验证,该算法经过较少的迭代次数就可以实现运动模糊、离焦模糊图像的复原,并取得了较为满意的复原结果。     

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.     

Single frame blind image deconvolution by non-negative sparse matrix factorization

Novel approach to single frame multichannel blind image deconvolution has been formulated recently as non-negative matrix factorization problem with sparseness constraints imposed on the unknown mixing vector that accounts for the case of non-sparse source image. Unlike most of the blind image deconvolution algorithms, the novel approach assumed no a priori knowledge about the blurring kernel and original image. Our contributions in this paper are: (i) we have formulated generalized non-negative matrix factorization approach to blind image deconvolution with sparseness constraints imposed on either unknown mixing vector or unknown source image; (ii) the criteria are established to distinguish whether unknown source image was sparse or not as well as to estimate appropriate sparseness constraint from degraded image itself, thus making the proposed approach completely unsupervised; (iii) an extensive experimental performance evaluation of the non-negative matrix factorization algorithm is presented on the images degraded by the blur caused by the photon sieve, out-of-focus blur with sparse and non-sparse images and blur caused by atmospheric turbulence. The algorithm is compared with the state-of-the-art single frame blind image deconvolution algorithms such as blind Richardson-Lucy algorithm and single frame multichannel independent component analysis based algorithm and non-blind image restoration algorithms such as multiplicative algebraic restoration technique and Van-Cittert algorithms. It has been experimentally demonstrated that proposed algorithm outperforms mentioned non-blind and blind image deconvolution methods.     

Evaluating and predicting human detection performance of targets embedded in distorted and restored infrared images

The effects of atmospheric blur, gaussian noise distortion and Wiener filter restoration on human target detection performance is addressed in this paper. A specially designed psychophysical experiment shows significant degradation in detection performance caused by the contrast and noise limiting effects of the atmospheric blur and noise distortion. The experiment also shows that although Wiener filter restoration improves the distorted image sharpness and contrast, it amplifies the noise and does not compensate for the performance degradation caused by distortion. The paper presents a spectral analysis approach to the original, distorted and restored images, as well as an analysis of the target signal to noise ratio. Each analysis defines an alternative method for evaluating a spatial cutoff frequency that determines the restoration efficiency, which practically limits the detection performance. This frequency is then used to predict the probability of detection according to a target acquisition model and the Johnson chart. Moreover, the methods are used to determine whether noise or contrast will limit target perception. The methods were applied to the experimental infrared image database and showed good agreement with the related experimental probabilities of detection.     

运动与离焦模糊图像的复原

在运动和离焦所引起的图像模糊的情况中,本文提出了一种新的基于霍夫变换区分离焦模糊和运动模糊两类模糊的方法.该方法通过比较霍夫变换矩阵中的亮点数来区分两类模糊,不仅正确率达到100%,而且抗干扰性能好;其次通过对运动模糊图像做两次方向微分,估计其模糊方向,提高了模糊方向的估计准确度;最后利用改进的Prewiit算子和费米函数计算模糊图像的刃边函数,进而得到图像的调制传递函数,再利用维纳滤波复原图像.实验结果表明:本文算法不仅具有有效性和强抗噪音能力,而且对图像的信噪比要求可以低到20 dB;与传统算法相比,提高了图像的复原质量.     

基于微分图像自相关的离焦模糊图像盲复原

针对离焦模糊图像的盲复原算法的研究具有重要的实际意义和实用价值.根据光学离焦成像模型,研究提出了一种基于微分图像自相关的离焦模糊图像超分辨力盲复原算法,即首先采用拉普拉斯算子对离焦模糊图像进行二阶微分并求微分图像的自相关,然后从自相关结果所包含的信息中确定离焦模糊半径,最后以离焦模糊模型结合MPMAP超分辨力复原算法对离焦模糊图像进行肓复原.实验证明:算法能够以较高的精度估计出离焦模糊半径并实现离焦模糊图像的盲复原,该算法较其它同类算法在减少计算过程中需要考虑的各类因素的同时也减少了计算量,提高了结果精度,依靠超分辨力复原算法获取更多的复原图像信息,已在实际刑侦和物证鉴定的离焦模糊图像判读和鉴定中获得成功应用.     

基于FPGA的实时中值滤波器设计

在图像生成和采集过程中引入的各种噪声会使图像质量变差。为了实现对图像的实时预处理，首先介绍中值滤波器的基本原理和算法，然后在现场可编程门阵列（FPGA）上根据中值滤波的根基数算法，采用流水技术设计一种快速实时中值滤波器，给出按行输出的图像处理过程中存储前2行图像数据的方法。仿真结果表明：该中值滤波器可实时完成CCD输出图像的预处理，达到了抑制噪声及保持图像细节的目的。     

基于ZedBoard的超分辨率视频复原系统

为了实现超分辨率视频图像的实时复原,设计了以ZedBoard可编程片上系统为基础的超分辨率视频复原系统。系统包括基于V4L2(Video for Linux 2)的USB摄像头视频采集、基于小波变换的超分辨率复原算法处理和基于Qt的图形用户界面制作以及视频输出。采用双线性、双立方和小波变换算法分别对Lena图像进行复原处理,峰值信噪比PSNR值分别为29.516、29.843、31.368。实验结果表明,提出的基于小波的超分辨率复原算法优于传统的插值算法,基于ZedBoard的超分辨视频复原系统复原效果良好。     

基于约束共轭梯度的高能闪光照相图像复原算法

 针对闪光照相系统模糊较大、成像信噪比低的特点,提出了一种基于约束共轭梯度的闪光照相图像复原算法,将闪光照相图像复原问题转化为一个约束优化问题,引入基于非负、中值滤波和偏微分方程的光滑约束条件,并利用约束共轭梯度法迭代求最优解。数值试验表明,该算法能较好再现图像边缘信息,复原出的图像在信噪比和视觉方面都有较大提高。     

基于多通道盲识别的自适应光学图像事后处理

为实时恢复天文或空间目标的湍流退化成像,提出一种适应大气湍流动态变化的多通道自适应光学图像恢复方法.以自适应光学校正后不同时刻的目标成像作为多个通道,建立求解系统点扩散函数的线性方程,根据解出的点扩散函数利用超拉普拉斯算法,求解待观测目标的估计值.结果表明:不同时刻的点扩散函数之间存在互质关系,满足多通道盲识别的理论要求.利用建立的线性方程求解出的点扩散函数与原点扩散函数的均方误差在10^-30~10^-27量级,采用超拉普拉斯算法恢复出的目标成像与原始目标之间的均方误差在10^-5~10^-4量级.本文研究为湍流退化图像的实时恢复提供了理论基础.     

Motion blur parameters estimation for image restoration

This paper deals with estimation of parameters for motion blurred images. The objectives are to estimate the length (L) and the blur angle (θ) of the given degraded image as accurately as possible so that the restoration performance can be optimised. Gabor filter is utilized to estimate the blur angle whereas a trained radial basis function neural network (RBFNN) estimates the blur length. Once these parameters are estimated the conventional restoration is performed. To validate the proposed scheme, simulation has been carried out on standard images as well as in real images subjected to different blur angles and lengths. The robustness of the scheme is also validated in noise situations of different strengths. In all situations, the results have been compared with standard schemes. It is in general observed that the proposed scheme outperforms its counterparts in terms of restoration parameters and visual quality.