基于随机点扩散函数的多帧湍流退化图像自适应复原方法

针对湍流退化图像随机性的问题,提出了一种基于随机点扩散函数的多帧湍流退化图像自适应复原方法。首先介绍了随机点扩散函数的图像退化模型,并分析了点扩散函数随机性对图像复原造成的影响,建立了基于随机点扩散函数的多帧图像退化模型。在此基础上,建立了基于多帧退化图像的全变分复原模型,利用前向后向算子分裂法对模型进行求解,提高了算法的运算效率。然后,提出了一种新的自适应正则化参数选取方法,该方法利用全变分复原模型的目标函数计算正则化参数,当正则化参数收敛时,复原图像的峰值信噪比达到最大值,因此利用目标函数的相对差值作为自适应算法迭代终止的条件,可以获得最佳复原效果。最后通过实验分析,算法中退化图像的帧数应不大于10帧。实验结果表明:当取10帧退化图像时,AFBS算法运算时间与单帧的FBS算法相当,信噪比增益为1.4 dB。本文算法对图像噪声有明显的抑制作用,对湍流退化图像可以获得较好的复原效果。     

点扩散函数高斯拟合估计与遥感图像恢复

为了减轻或消除航天遥感相机成像过程中图像退化造成的模糊,突出图像的特征目标,对获取的图像进行了恢复处理。首先,采用陷波滤波器在频率域对遥感图像进行了去噪预处理。然后,通过图像中具有刀刃边缘的地物估计成像系统的退化函数,即点扩散函数;同时,利用高斯拟合对估计的点扩散函数进行校正。最后,利用拟合后的点扩散函数,采用自适应维纳滤波对图像进行恢复。实验结果表明：陷波滤波器基本消除了图像中叠加的条带噪声。与原图相比,细节图像恢复后其方差增大4.395,灰度平均梯度增大1.799,Laplacian梯度增大10.014,图像目视效果更清晰。高斯拟合的点扩散函数用于遥感图像恢复,减轻了图像模糊,使图像细节突出,纹理清晰,利于图像的判读和分析。     

基于点和直线段对应的扩展正交迭代位姿估计算法

正交迭代算法是基于点特征,全局且快速收敛的位姿估计算法,是目前性能最优的实时位姿估计算法之一.对摄像机观测到的直线段提出了其不确定性描述的新方法:目标空间直线段误差,并把该误差融入到正交迭代算法的位姿计算过程中,形成扩展正交迭代算法.该算法可以同时利用点和直线段特征.算法先把点共面性方程表达为与正交迭代算法中点共线性方程一致的数学形式,再根据目标空间点共面性误差定义了目标空间直线段共面性误差.接着把目标空间点共线性误差和直线段共面性误差二者之和作为误差函数.最后推导出使该函数最小化的迭代求解过程.实验结果表明,本文算法是有效的,精确的.与正交迭代算法的计算结果对比,由于可以同时利用直线段特征,扩展正交迭代算法的位姿估计误差更低,抗噪声性能更强,算法更稳定.     

基于成像矩阵的物数据求解方法

提出了一种利用成像矩阵求解物数据的方法。通过对物、像矩阵的一维化处理,构建了二维成像矩阵,将物矩阵卷积点扩散函数矩阵得到像矩阵的卷积运算关系转变为物向量乘以成像矩阵进而得到像向量的乘积运算关系。最后将像向量乘以成像逆矩阵便可求解物向量,实现了从光学系统像数据中对物数据的精确求解,且计算误差为10-12量级。     

反射式鬼成像在海洋湍流中的成像分析

基于惠更斯-菲涅尔原理和鬼成像理论,研究了反射式无透镜鬼成像在Kolmogorov海洋湍流中目标成像问题,得到了成像脉冲响应函数和可见度理论表达式。结果表明随着目标随机反射角的增大,关联重构的图像质量将会失真退化.为进一步分析海洋湍流对目标图像质量的影响,数值模拟了不同探测距离、不同海洋湍流情况下鬼成像的可见度,得到了海洋湍流作用下的鬼成像目标探测规律.该研究对远距离自适应水下鬼成像大规模应用具有重要的理论指导意义.     

多帧距离选通图像点扩散函数估计的超分辨率重建

为了解决水下激光距离选通图像成像过程中退化模型复杂的难题,提出了利用连续帧图像估计点扩散函数的距离选通超分辨成像方法。首先,从连续帧图像中选取一帧为参考帧作为初始清晰图像,下一帧图像为模糊图像,用梯度约束的方法求出点扩散函数,用于优化清晰图像;然后,依次将后续帧图像当作模糊图像与清晰图像交替迭代求取点扩散函数并优化更新清晰图像;最后获得的清晰图像与参考帧图像用乘法更新的方法估计点扩散函数,结合凸集投影法算法进行超分辨率成像重建。仿真实验结果表明,改进的算法重建图像分辨率和质量明显优于原始的算法。     

红外目标湍流退化图像的优化复原算法

提出了基于最速下降法的湍流退化图像盲目复原算法。将图像转换到频域中，建立一个基于目标图像和点扩展函数频谱的目标函数，通过迭代方式采用最速下降优化方法来极小化该目标函数，并利用傅里叶变换和反变换将目标图像和点扩展函数在频域和空域之间进行变换，在每次迭代中交替加入约束条件进行反复修正，以便取得预期的图像恢复效果，增强算法的稳定性和抗噪能力。针对红外目标湍流退化图像，在微机上对算法进行了一系列复原验证实验。实验结果表明：该文算法复原效果稳定，抗噪能力强，具有实用价值。     

Lucy-Richardson算法用于针孔图像的恢复

计算了X射线针孔成像系统的点扩散函数矩阵，利用Lucy-Richardson算法对模拟和真实的针孔图像进行了较好的恢复，分析了恢复后得到的结果，给出了合理的迭代次数、恢复方法细节和恢复图像的分辨率，并用模拟实验验证了Lucy-Richardson算法对针孔图像进行恢复的可靠性. 关键词： 针孔成像 点扩散函数 Lucy-Richardson算法     

拼接误差对拼接式大口径反射镜成像质量的影响

以由七片边长为0.5 m的正六边形子镜组成的拼接式大口径反射镜为例,理论分析和数值模拟各种拼接误差对成像质量的影响.利用傅里叶变换的特殊性质简化求解大反射镜的点扩散函数过程并推导各种误差下的解析表达式.采用快速傅里叶变换数值模拟边缘失配误差、平移误差及倾斜误差情况下的点扩散函数,并根据光学系统的成像原理模拟成像效果.结果表明,边缘失配误差对成像质量无影响,而平移误差影响较大,倾斜误差影响相对较小.     

自适应光学实时大气湍流补偿实验

本文报道了用自适应光学系统实时探测和校正距地面约15m高的340m水平传输通道上的大气湍流效应的实验.实验结果表明,用自适应光学校正后,对点目标和一定扩展度的扩展目标都可提高成像质量.     

Blind restoration of real turbulence-degraded image with complicated backgrounds using anisotropic regularization

This paper proposes a novel blind image restoration method based on estimating the point-spread functions by using two real turbulence-degraded images as input. The non-negative constraint and the spatial correlation are transformed mathematically into the penalty terms and added to the objective function. An anisotropic and nonlinear regularization function is proposed to adequately punish the differences of the point spread functions (PSFs) in the process of optimization estimation. Some definitions of weighted second-order differences are given and a fast method to construct the matrix of second-order weighted gradient operator is derived. The PSF values can be quickly estimated. With the estimated PSFs, the true images can be recovered by non-blind restoration methods. Experiment results for the restoration of real turbulence-degraded images with complicated backgrounds support the effectiveness of this proposed method.     

基于模糊度量的激光水下图像复原的盲去卷积方法

由于水体对激光存在着不可克服的吸收和散射效应,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,将基于模糊度量的盲去卷积方法应用于激光水下成像的图像复原中.结合威尔斯小角度近似得出的点扩展函数与调制传递函数,分别讨论了最大期望,最小均方与多次乘法迭代盲去卷积算法,...     

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。     

Genetic optical design for a compressive sensing task

We present a sophisticated optical design method for reducing the number of photodetectors for a specific sensing task. The chosen design parameter is the point spread function, and the selected task is object recognition. The point spread function is optimized iteratively with a genetic algorithm for object recognition based on a neural network. In the experimental demonstration, binary classification of face and non-face datasets was performed with a single measurement using two photodetectors. A spatial light modulator operating in the amplitude modulation mode was provided in the imaging optics and was used to modulate the point spread function. In each generation of the genetic algorithm, the classification accuracy with a pattern displayed on the spatial light modulator was fed-back to the next generation to find better patterns. The proposed method increased the accuracy by about 30 % compared with a conventional imaging system in which the point spread function was the delta function. This approach is practically useful for compressing the cost, size, and observation time of optical sensors in specific applications, and robust for imperfections in optical elements.     

离焦模糊图像的维纳滤波恢复

为消除离焦误差产生的图像模糊,介绍了基于逆滤波和维纳滤波的离焦模糊图像复原方法。从光学成像原理出发,根据高斯方程计算离焦误差,建立离焦误差与光学传递函数之间的关系。讨论了离焦误差对光学成像系统传递函数的影响。通过建立线性空间不变的模糊模型,构建点扩散函数和光学传递函数,采用与模糊过程相反的处理方法进行图像复原,消除离焦误差造成的图像模糊。测试实验中,对标准样本Lena图像进行了离焦模糊处理,采用维纳滤波算法复原图像,选择不同的离焦半径和维纳滤波参数进行对比。实验结果表明:维纳滤波方法可有效消除离焦模糊;抑制噪声干扰和"振铃效应";可把图像峰值信噪比提高到6dB以上。     

高效双螺旋点扩展函数相位片的设计与实验研究

双螺旋点扩展函数具有随离焦连续旋转变化的特性, 结合单分子定位方法可用于厚样品三维超分辨成像及分子定位追踪研究. 但双螺旋点扩展函数不足之处是光能利用率低, 对于光子数受限的荧光显微成像而言其应用受限. 本文通过对双螺旋点扩展函数在空域、频域和拉盖尔-高斯模式面等三个不同域中进行约束优化. 模拟结果表明, 优化后的双螺旋点扩展函数的光能效率提高了30多倍. 同时, 基于最优设计方案制备了相位片, 并实验验证了该设计的正确性. 与文献报道相比较, 本文结果在成像深度和光能利用率方面都有所改善. 关键词： 双螺旋点扩展函数 超分辨成像 轴向定位 优化算法     

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。     

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。     

基于盲解卷积的水声信号恢复技术

信号在环境复杂多途严重的水声波导中传输后,接收到的信号时间长度被拉长,信号是失真的。在许多实际应用中,常常希望从已失真的接收信号中把原始信号波形恢复出来。本文利用盲解卷积技术对水声信号恢复进行研究。理论推演表明,在垂直阵条件下用人造的格林函数可成功地代替水声信道真实的格林函数,可以把非线性关系化解为线性关系,从而推导出依靠基阵记录下的信息去确定声源宽带信号原始波形和环境传播特征的公式和步骤。声场数值计算对6种海底类型进行,恢复后的宽带信号与原始信号的归一化相关系数均大于0.945,对硬海底多途严重的情况,收效特别明显,证明该方法的有效性。在青岛海试中恢复后信号的相关系数平均值为0.933,在青岛海试中利用这种解卷积技术去恢复信号是成功的。