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.     

夜天文中的自适应光学

自1989年自适应光学首次在地基天文望远镜上成功实现衍射极限的天文观测以来,自适应光学系统已逐渐发展成为地基大口径天文望远镜必备的仪器之一。由于当今夜天文观测对仪器性能的要求越来越苛刻,为了提高夜天文观测中的适用性,自适应光学系统近20年来也在不断发展,涌现出多种新型自适应光学系统,如激光导星自适应光学系统、多层共轭自适应光学系统、极限自适应光学系统、近地层自适应光学系统等。尽管自适应光学系统的性能不断提高,但仍存在其局限性。文章分析了目前国际上已有自适应光学系统,探讨近年来夜天文当中应用的自适应光学系统及相关进展。     

宽带电磁图像卷积神经网络盲恢复方法研究

在利用抛物反射面对电磁干扰源成像过程中,由于系统衍射受限及成像频带较宽,导致干扰源成像模糊,分辨率低,难以分辨,不同频率不同区域干扰源所成图像分辨率不同,采用已有超分辨算法难以提高分辨率。为了实现宽带电磁图像的盲复原, 应用卷积神经网络的方法。网络训练是直接输入模糊图像,不假设任何特定的模糊和噪声模型情况下,重建出高质量图像。实验和仿真结果证明了卷积神经网络盲恢复方法在宽频带不同成像区域下表现了优于其他盲恢复算法的优势。     

半盲反卷积重构大气瑞利—米散射高分辨谱

详细讨论子在获取大气瑞处－米散射谱中，反卷积技术适用的条件，遇到的困难和采取的算法，以及为什么在信噪比为２０这一松弛条件下能重构出原线型。还讨论了用低分辨光谱分析元件获取高分辨光谱的可行性和途径。     

天文图像中混叠光谱的高斯拟合分离方法

随着光纤技术的发展,其在天文观测仪器中得到了广泛的应用.在天文观测仪器中光纤数目通常达到几千根,当光纤空间排布的间距过小时,输出光谱容易产生混叠的现象.在不改变结构的前提下,用软件的方法实现混叠光谱的分离,假定输出光谱的强度分布是高斯函数形式,应用高斯函数拟合法实现了混叠光谱的分离.与光纤间距较宽时的输出光谱进行对比,...     

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。     

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。     

基于噪声方差来计算变分图像反卷积的规整化参数

采用定点迭代进行变分图像恢复并在这个计算框架下提出利用噪声方差选择规整化参数的方法.假定已知观测图像中初始噪声统计特性.为了在反卷积过程中正确地估计噪声的方差,构造一幅纯噪声图像跟实际的观测图像同步进行反卷积计算,并把纯噪声图像的方差作为观测图像中噪声方差的估计值来辅助计算规整化参数.针对规整化的各项异性,提出了能够保持两种噪声同步变化的特殊的规整化项.在能够准确知道迭代过程中图像包含噪声的方差的时候,建立了规整化参数λ与图像噪声方差之间的关系式.实验证明新的算法不但更好地抑制了噪声而且避免了过平滑,明显提高了基于定点迭代法计算变分图像恢复的适应性.     

空间目标天文定位方法及观测分析

研究并分析了一种加权最小二乘曲面法,将其用于空间目标天文观测,该方法不仅简单方便,而且还能够用于高准确度、大数据量的天文定位.通过实际星空观测,对连续拍摄的星图进行分析计算,结果表明,拟合均方误差在赤经和赤纬方向均优于4\".赤纬的定位准确度高于赤经的定位准确度,在赤经与赤纬方向上的最大定位误差分别为5.13\"和1.74\".该方法降低了恒星位置误差对观测结果的影响,剔除了定标星的偶然匹配误差,提高了观测数据的利用率以及天文定位准确度,在实际工作中有较高的应用价值.     

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。     

大气环境下激光光斑瞄准偏差的补偿方法研究

针对大气环境下激光光斑瞄准偏差的问题,设计了激光光轴偏差测试系统,讨论了大气环境中由于诸多因素的影响而导致激光光斑几何中心与目标中心发生偏移而不能对准的现象。提出了数字图像处理技术与重心法相结合的一套新的偏差补偿算法。充分利用激光光斑全场数据,从理论和实验上对大气环境下的激光光斑瞄准偏差进行了分析和研究。外场实验结果表明,该方法可以对瞄准偏差进行有效补偿,具有较高的工程应用价值。     

Edge linking and image segmentation by combining optical and digital methods

We present a hybrid method for segmentation of intensity images, which combines an optical contouring technique and digital algorithms for linking edge points or image segmentation. In a first stage, the digital image to be processed is displayed in a twisted-nematic liquid-crystal display (LCD), which is placed between a polarizer–analyzer pair at 45 deg (instead of 90 deg as occurs in standard LCDs). It is not difficult to demonstrate that the proposed setup produces a resultant image with very pronounced dark contours at middle intensity. After the optical preprocessing, two different digital algorithms are applied: an edge linking algorithm (modified chain code) and a simple thresholding technique for image segmentation. The proposed procedure works well with monochromatic and color images. The method could be useful as a robust technique for segmentation of large images in real-time, which presents potential applications in medical and biological imaging.     

Sub-wavelength and non-periodic holes array based fully lensless imager

We present a novel concept for microscopic imaging. The proposed microscope-like device does not include an objective lens neither a condenser. Instead, a metallic plate of sub-wavelength hole-array with a varying pitch is used to illuminate the inspected object that is mounted very close to it. As a result, the transmitted spectrum through each hole differs from the others and therefore, each spot of the detected object is illuminated with a unique spectrum. By measuring a single spectrum that is the sum of all the spectra that are transmitted through the sample and by using spectral decomposition algorithms, the spatial transmission pattern of the object can be extracted.     

大气湍流对天文望远镜光电导行精度的影响

讨论了由大气湍流造成的望远镜导行误差,这一误差将给望远镜光电导行的精度带来较大影响。其中使用单点源目标的导行精度受限于大气相干长度和大气相干时间,而多点源目标及面源的导行精度还与湍流随高度的变化有关。通过分析和仿真(数值模拟)结果表明,现代天文观测必须考虑大气湍流对光电导行精度的影响。通过延长曝光时间可以有效降低湍流大气的影响,同时也降低了光电导行的反馈控制频率。当导行信标为多星或面源则可在一定程度上降低高层大气湍流带来的光电导行误差,从而可以适度减少光电导行曝光时间,提高其反馈控制频率。     

Digital reconstruction of grating-distorted images through virtual-optics imaging systems

We develop a technique to correct the distortion generated by the presence of a grating that prevents correct imaging of a test object in an optical system. We use the design concept of virtual-optics imaging systems to implement a setup and a corresponding filter to remove the distortion. Results are presented showing the potential of the method.