基于离焦图像复原的光学设备实时视频对焦方法

针对大口径光学设备使用过程中因传感器靶面离焦导致的图像模糊问题，从图像复原方法入手，推导光学设备的离焦点扩散函数和离焦传递函数，提出图像离焦程度判断方法，运用爬山法、逆滤波方法，寻找最佳离焦量值和方向，复原模糊图像为清晰图像，给出了大口径光学设备的实时视频对焦方法,并进行实验验证。结果表明该方法在外场光学设备的自动调焦中具有重要的推广应用价值。     

大焦深成像系统仿真实验研究

如何增大非相干光学成像系统的焦深是应用光学研究领域的热点问题.本文对采用高次非球面光学掩模板与图像处理相结合增大成像光学系统焦深的新方法进行了深入分析,建立了大焦深成像系统仿真实验模型,并进行了大焦深成像系统仿真实验.实验结果证明了该方法在维持原相对孔径的同时使光学系统在较大的离焦范围内有好的成像质量.实际应用中还要综合考虑模板参量、信噪比等关键因素.     

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.     

提高相位误差容限的光学合成孔径多帧成像方法

相位误差的存在严重降低了光学合成孔径系统的成像质量。针对活塞误差和倾斜误差的不同特性,设计对应的量化指标,并以维纳滤波进行复原,利用相关系数进行评价。统计结果表明,只有活塞误差均值小于0.06λ,倾斜误差均值小于16μrad时,才能保证相关系数大于0.98,近似实现无损复原。在此基础上,通过旋转阵列获取频谱不同的多帧图像共同参与复原,以减小或消除相位误差的影响。比较不同旋转角度和次数情况下的复原结果,最终确定最优方案。实验结果表明,该方法与直接成像相比,可以显著提高含相差系统的图像复原质量,而且将两种相位误差容限分别提高到0.12λ和35μrad,降低了对光学设计和相差校正的精度要求。     

光学稀疏孔径系统的成像及其评价方法

对典型阵列结构的光学稀疏孔径系统成像特性进行了数值仿真分析,并采用基于光学实验测量的调制传递函数（MTF）完成了光学稀疏孔径系统成像实验的图像复原处理.针对复杂目标成像,为了评价光学稀疏孔径系统最终成像的整体质量,不仅考虑系统的调制传递函数指标,还提出了一种基于相关系数的成像质量客观评价方法.数值仿真结果和光学实验结果均表明,基于相关系数的成像质量客观评价方法是可行的,实验说明光学稀疏孔径系统成像质量可以达到其等效单个大孔径成像系统的成像效果.     

基于离焦的微操作机器人系统光轴方向深度测量

在分析显微物镜成像原理的基础上,提出并实现了一种微操作机器人系统光轴方向深度测量方法,该方法通过显微物镜离焦光学传递函数（optical transfer function, OTF）建立物方离焦程度与显微图像模糊程度的关系,由此实现深度测量.由于考虑了透镜参数与衍射效应的影响,方法具有较高的测量精度和较好的线性度,同时利用条状物体快速辨识算法,对原始方法进行了简化,使深度测量可在线完成.进一步,将上述方法应用于实际微操作机器人系统,通过离焦状态双针互插实验验证了方法的有效性,同时拓展了微操作机器人系统的有效操作空间. 关键词： 深度测量 微操作机器人 显微镜系统成像模型 光学传递函数     

相位差图像复原技术研究

大气湍流、系统像差等因素会使入射光的波前发生畸变,从而降低成像系统的成像质量.相位差图像复原技术是针对波前畸变发展起来的图像复原方法,它具有无需参考目标和退化函数、收敛性好等优点,可以提高图像的分辨率和清晰度,增加图像的信息量,改善图像的视觉效果,在图像复原领域有着广阔的应用前景.本文对相位差图像复原技术进行了研究,借用光学系统中光学传递函数、调制传递函数和点扩散函数的概念对相位差图像复原技术的性能进行了分析,并进行了数值仿真和实验验证.结果表明,相位差图像复原技术不仅可以克服像差对成像质量的影响,而且可以对截止频率以内的低频信息进行增强,提高图像的对比度,从而使获得的图像优于衍射受限系统所成的像.     

基于相位差异法的简易光学系统的图像复原方法

简易光学系统因系统结构简单而存在严重像差,导致所成图像出现模糊、失真等问题.对简易光学系统的成像特性进行分析,在已知光学系统焦距和光瞳孔径的条件下,建立含有像差的点扩散函数模型和图像复原模型,根据焦面和离焦面图像以及精确的离焦量,无需点扩散函数的先验信息,采用相位差异法对简易光学系统所成图像进行重构.实验结果表明:单透镜、双透镜和三透镜系统复原图像质量评价指标提升率分别达到24.96%、24.80%和42.04%,重构后图像质量均有明显提升.     

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MTF的红外遥感图像复原

在红外遥感图像复原过程中,一般是采用刃边法获得调制传递函数的。然而,该方法存在图像刃边位置难以确定,以及提取的像素点较少等缺点。为了解决上述问题,实验设计了一种新的调制传递函数测量方法,通过直接移动刃边来观察一个像素点在刃边附近灰度值的变化情况,然后对这些数据点依次进行拟合、微分、傅里叶变换等步骤就得到系统的调制传递函数,最后,用逆滤波和维纳滤波进行图像复原。实验结果表明,通过该方法得到MTF后进行图像复原效果较好。     

探测器噪声对波前编码成像系统图像复原过程影响的理论研究

波前编码光学系统其成像过程由光学成像和图像复原两部分组成,光学成像过程探测器上所成的编码图像含有噪声,该噪声在图像复原过程将被放大,为了分析探测器噪声对波前编码系统在图像复原过程中产生的影响,通过添加高斯随机噪声来模拟探测器噪声,使用直接逆滤波、维纳滤波和Lucy—Richardson滤波算法,对波前编码成像系统焦点位...     

基于指导滤波的图像盲复原算法

作为图像处理领域的重要分支和研究热点之一, 图像复原方法 的研究始终具有重要理论意义和广泛的应用价值, 图像盲复原一直以来都 是图像复原中比较困难的问题之一. 针对相机与所拍摄景物之间由于相对 位置移动而使所获得图像发生运动模糊的情况, 本文提出了一种基于指导滤波 的图像盲复原算法. 我们首先通过频域迭代算法对点扩散函数 进行估计. 然后, 由于指导滤波具有较好的保持图像边缘的特性, 我们应用基于指导滤波的图像非盲复原算法恢复目标图像. 对以上两步进行反复迭代, 直到获得最终的清晰图像. 为了验证本文所提算法的有效性, 给出了多组对比实验. 实验结果表明, 本文所提算法能够在有效地抑制噪声和振铃 效应的同时, 还能够更好的保持图像的边缘和纹理细节. 因此, 本文算法可以获得更高质量的复原图像.     

Restoration of images degraded by extreme mechanical vibrations

A method of numerically calculating the optical transfer function appropriate to any type of image motion and vibration, including random, has been recently developed. This method has been verified experimentally with real vibrations, and the close agreement justifies implementation in image restoration from blur deriving from any type of image motion, including random displacement. Here, image restorations of actual physically degraded images are presented, based on a constrained least squares improvement of the original Wiener filter. Even for extreme vibrations where the blur extent is much larger than the blurred detail, restoration is quite complete. The key to restoration is the determination of the optical transfer function unique to the particular image motion and vibration causing the blur. Results are also presented for low vibration frequency motion of random blur extent, as well as for high vibration frequencies.     

单幅模糊图像点扩散函数估计的梯度倒谱分析方法研究

针对单幅图像复原算法引入先验信息导致复杂度高、运算效率低的问题, 提出了单幅模糊图像点扩散函数估计的梯度倒谱分析方法. 首先给出了单幅模糊图像梯度倒谱估计其点扩散函数的基本原理, 利用相位恢复策略复原了二维点扩散函数相位信息, 实现了点扩散函数的快速估计; 其次, 为鉴别点扩散函数估计精度, 建立了图像梯度保真约束的全变分正则化图像复原模型, 并采用快速稳定收敛的交替方向策略优化能量函数; 通过对仿真和实拍单幅模糊图像进行的测试实验结果表明, 该方法快速准确地估计出点扩散函数, 克服了传统复原算法收敛速度慢的缺点, 有效抑制了振铃效应、保护了边缘信息, 为大尺寸单幅图像复原的工程化实现提供了理论和技术基础. 关键词： 图像复原 点扩散函数 梯度倒谱分析 全变分     

基于奇异值分解的运动模糊图像广义逆恢复方法

当线性模型应用于运动模糊模糊图像的恢复时,方程的最小二乘解是恢复图像的最优线性无偏估计。由于图像退化过程的不适定性,当观测值受到噪声干扰时,该解往往会远偏离真值。为了克服这个问题,通过对退化矩阵的奇异值分解,提取其不易受干扰的子空间,用该空间重构的逆矩阵具有良好抑噪能力,使图像在较长的运动模糊尺度内恢复时保持较低的失真。     

Real-time restoration of rotational blurred image using gradient-loading

The key to the restoration of rotational motion blurred image is how to restore the image under a low cost and to correct the irreversibility of the degradation function matrix.Based on the special qualities of degradation function matrix and precise deduction in space-domain, we present a new approach using gradient-loading for restoration of rotational blurred image.By easily adding a gradient operator, the irreversibility of the original matrix is corrected and can be applied for inverse filtering then.Gradientloading is the optimized approach which combines the advantages of both the approaches using constrained least square filtering and traditional diagonal-loading.Compared with the approach using least square filtering, its peak signal-to-noise ratio (PSNR) is improved from 3.18 to 6.46dB, while the computing time is reduced to 1/2-1/3.Experimental results demonstrate the effectiveness, noise-resistibility, robustness, and low complexity of this approach, which make it more suitable for real-time environment.     

基于频谱分析的匀速运动模糊图像模糊方向识别

点扩展函数的设置是图像复原中的关键问题，对于匀速直线运动模糊图像，运动方向和模糊长度决定了点扩展函数。根据运动模糊图像和原始图像在频谱上存在的对应关系，即运动模糊图像频谱存在着对应于传递函数零点的暗条纹，提出对运动模糊图像，通过二维傅里叶变换、二值化以及Radon变换检测运动模糊图像频谱图上暗条纹的方向和位置，来实现运动方向测量的方法。用该方法对模糊图像进行检测，模糊方向的识别精度小于1°。实验证明该方法可以实现平面内任意方向运动的测量。     

Single-image super-resolution with joint-optimization of TV regularization and sparse representation

A super-resolution (SR) reconstruction framework is proposed using regularization restoration combined with learning-based resolution enhancement via sparse representation. With the viewpoint of conventional learning methods, the original image can be split into low frequency (LF) and high frequency (HF) components. The reconstruction mainly focuses on the process of HF part, while the LF one is founded simply by typical interpolation function. For the severely blurred single-image, we first use regularization restoration technology to recover it. Then the regularized output remarkably betters the quality of LF used in traditional learning-based methods. Last, image resolution enhancement with characteristic of edge preserving can implement based on the acquired relatively sharp intermediate image and the pre-constructed over-complete dictionary for sparse representation. Specifically, the regularization can favorably weaken the dependence of atoms on the course of degradation. With both techniques, we can noticeably eliminate the blur and the edge artifacts in the enlarged image simultaneously. Various experimental results demonstrate that the proposed approach can produce visually pleasing resolution for severely blurred image.     

图像复原算法的频谱恢复特性分析研究

基于高斯函数假设的频谱分析方法,对逆滤波法、约束最小平方滤波法和最大似然法等三种图像复原算法的频谱恢复特性进行了实验和分析。假设光学传递函数H和图像频谱函数G为高斯函数,利用方差和方差比作为频谱宽度的分析评价指标,这是一种新的基于图像复原方法的频谱恢复特性分析法。在实验分析中,对H和G曲线设定两组方差,分为无噪声和有噪声两种情况,计算出各种算法的频谱曲线■及其方差和方差比。对由曲线图和数据给出的定性和定量结论进行了分析。     

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.