天文斑点成像中的傅里叶模复原和像复原实验

在天文高分辨率像复原中,目标的傅里叶模复原与相位复原同样重要。由于观测数据中存在着多种复杂噪声,模和相位的复原将变得更加困难。本文针对在模复原中的各种噪声,提出相应的噪声改正方法,所给出的像复原实验表明,这些方法是有效的和必须的,它们保证了模的高精度复原。     

改正重谱中噪声偏差的正性约束方法和天文高分辨率像复原实验

虽然斑纹掩模法能有效地消除大气流噪声引起的像质衰变,实现望远衍射极限分辨率像复原,但实际的斑纹探测器都不同程度地存在着多种噪声,它们在斑纹图平均功率谱和重谱中产生的偏差将使模和位相的复原受到严重干扰而最终导致像复原的失败。本文讨论了斑纹掩模法像复原中的噪声问题。提出正重谱噪声偏差的正性约束方法,报道了对天文目标：双星ＡＤＳ１６８００和三星Ｈｌｄ１７１ＡＤＳ１６６４８）的高分辨率像复原观测。     

对迭代最小二乘法天文像复原方法的改进

在天文班点成像技术中，Hofmann等提出的迭代最小二乘法－－积木法，能避免在由被观测目标像的重谱复原相位谱时复杂的相位递推过程，因此相误差的传递和积累也被消除了，但在该方法中，存在着新的问题；需要大量投放木块的迭代次数和长时间的处理过程，为提高该方法的工作效率，用“迭代位移叠加法”对目标斑点图进行预处理，经少数几次位移叠加的步骤后，很快就提供了目标像的基本结构和分布，得到了积木块投放点的位置，从而避免了盲目投放，大大减少了迭代投放的次数，显著地提高了该方法的效率。     

基于散斑成像技术的扩展目标高分辨率复原

大气湍流对实现扩展目标的高分辨率重建具有重要影响.针对此问题,本文提出了一种改进的散斑成像算法.传统散斑成像算法在相位恢复计算中存在双谱数据量大和计算复杂等问题,改进算法利用图像的厄米特对称性和查找表技术将相位恢复和双谱计算紧密结合,通过计算截止频率内的每个空间频率点邻域双谱和添加双谱坐标约束使得双谱数据量减小.建立傅里叶频域相邻两象限共用的坐标查找表,确定双谱和相位恢复计算顺序,避免了双谱的对称操作从而使得整个计算简单易行.仿真实验结果表明:改进算法相对于双谱截切法使得双谱数据量至少减少了24%并准确恢复出目标相位谱,恢复相位谱经过傅里叶逆变换后清晰地显示了目标的轮廓和结构,再结合Labeyrie-Kroff法得到了目标的高分辨率图像;最后对实际天文图像进行处理,使恢复后图像的分辨率相对于原始图像得到明显提高,并且改进算法以更少的计算时间获得了与双谱截切法几乎同样的恢复效果.     

用重谱检测天文迭代位移叠加法的收敛过程

在天文像复原“迭代位移叠加法”中，判定其迭代过程发展的方向和收敛结果是否正确是关键问题。根据斑点掩模法中目标重谱与目标像间的相互对应的性质，用目标重谱作为检验迭代结果的标准函数。用最小二乘法鉴别迭代过程的发展方向和收敛结果，因而可避免迭代过程的盲目性，并将得到正确复原像。     

对迭代位移叠加像复原方法的改进

迭代位移叠加法(ISA)是一种天文高分辨空域统计重建方法,对双星等多点源天文目标的空域统计重建试验表明,多点源目标的重建效果优于经典的重谱法,计算速度也比重谱法快.该方法不能直接应用于太阳或卫星等天文和空间扩展目标的高分辨重建中.因此对迭代位移叠加法进行修正后进行了不同光子水平下的人造卫星的高分辨重建的数值仿真试验.对暗弱扩展目标的仿真重建试验表明,修正的迭代位移叠加法具有明显的抑制光子噪声的效果,具有比重谱法等频域重建方法更好的重建效果.     

光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原技术研究

光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样方式和双边采样方式.详细介绍了在两种不同采样方式下的光谱复原技术,给出了数学表达式和计算过程,比较了两种算法的优缺点,并对单边复原算法进行了改进,提高了使用乘积法进行相位校正的效率.对研究结果进行了实验验证,用两种算法计算得到的复原谱与标准谱线进行比较,二者基本重合,证明了算法的有效性.     

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.     

消随机媒质退化的复原处理

对于遭受随机媒质退化的成像,需要用统计方法和功率谱模型实施复原处理.首先探讨了统计模型的大气光学传递函数(OTF);其次,在等功率谱的假定下,用功率谱维纳(Wiener)滤波器进行复原处理;然后,使用局部统计算法作乘法性噪声滤波的复原,获得了满意的图像复原结果.     

斑纹全息术天文高分辨率像复原实验

简要地介绍了斑纹全息术的原理,报道了用斑纹全息术对两天文双星ＡＤＳ１１３４４和ＡＤＳ１６６４８进行的高分辨率像复原观测结果。     

Tomographic implementation of astronomical speckle imaging from bispectra

A bispectral method for astronomical speckle imaging utilizes an average speckle bispectrum of an object to derive its Fourier phase. There has been, however, a problem in conventional bispectral algorithm owing to difficulty in processing bispectral data in a four-dimensional (4D) space. In this paper, we propose an implementation to overcome this problem, where a one-dimensional (1D) object projection is reconstructed from a two-dimensional (2D) average bispectrum of speckle projections, and object projections so obtained at various angles are then tomographically combined into a 2D object image. In this tomographic approach, processes are separable into those for individual projection angles, implying that bispectral data required to be stored at a time are from 4D to 2D and computation time can be substantially reduced by parallelizing angle-by-angle processes. We have performed experiments using simulated and observed data, and have demonstrated the feasibility of the present approach with an achievable accuracy comparable to that of a conventional approach.     

An algorithm for computed tomography image reconstruction from limited-view projections

<正>With the development of the compressive sensing theory,the image reconstruction from the projections viewed in limited angles is one of the hot problems in the research of computed tomography technology.This paper develops an iterative algorithm for image reconstruction,which can fit most cases.This method gives an image reconstruction flow with the difference image vector,which is based on the concept that the difference image vector between the reconstructed and the reference image is sparse enough.Then the l_2-norm minimization method is used to reconstruct the difference vector to recover the image for flat subjects in limited angles.The algorithm has been tested with a thin planar phantom and a real object in limited-view projection data.Moreover,all the studies showed the satisfactory results in accuracy at a rather high reconstruction speed.     

复数滤波器在数字全息图处理中的应用

数字全息图在微电路检测、粒度分析、透明场测量等小孔径、小视场对象测量和细胞观测等显微测量方面有着广泛的应用前景。根据离轴数字全息图的频谱特点,提出采用复数滤波器,利用计算机及相关算法对离轴数字全息图进行滤波,消除其零级及共轭像,同时可以得到全息图的相位分布。讨论了复数滤波器的设计方法,给出了实验结果。为数字全息图的压缩、再现和相息图制作提供了方便。     

天文斑点成像技术中的噪声影响分析

为进一步说明天文像复原新方法-迭代位移叠加法的性质，对探测器的附加噪声在斑点干涉术、斑点掩模法和迭代位移叠加法中的影响分别进行了分析。结果表明：在斑点掩模法中，复杂的噪声高阶矩统计被引入了重谱的噪声偏差，因此对噪声极为敏感，使数据处理更加复杂化；与斑点掩模法相比，迭代位移叠加法仅涉及对噪声的一阶矩统计平均，所以此新方法的特点是对噪声不敏感，具有图像复原处理过程简单快捷的优越性。     

光学稀疏孔径系统的成像及其图像复原

由多个小口径成像系统通过特殊排列综合而成的光学稀疏孔径系统是实现高分辨率天文目标成像观测的一种新方法.建立了光学稀疏孔径系统的衍射受限非相干成像模型,并针对某一具体的光学稀疏孔径系统,运用图像复原维纳滤波器完成了系统成像和图像恢复处理的计算机仿真实验.结果表明,光学稀疏孔径系统可以等效实现单个大口径成像系统的成像观测效果.     

像面数字全息的重建相位误差分析和改善

像面数字全息是数字全息技术中常用的测量和成像方式,它通常采用离散傅里叶变换和频率滤波的方法进行物光波的重建.本文讨论了这些算法对重建相位的影响.首先分析了频谱泄露对于相位误差的影响,结果表明当采样周期为整数时,重建相位误差很小,因此具有极高的相位重建精度;而当不满足整周期采样时,相位重建误差有了明显的增加.为了改善频谱泄露所引起的相位误差,采用Hanning函数对数字全息图进行了预处理,结果表明Hanning窗的加入能够有效地提高重建相位的准确程度.     

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     

Asymmetric multiple-image hiding using phase retrieval technique based on amplitude- and phase-truncation in fractional Fourier domain

We propose a multiple-image hiding scheme based on the amplitude- and phase-truncation approach, and phase retrieval iterative algorithm in the fractional Fourier domain. The proposed scheme offers multiple levels of security with asymmetric keys. Multiple input images multiplied with random phase masks are independently fractional Fourier transformed with different orders. The individual keys and common keys are generated by using phase and amplitude truncation of fractional spectrum. After using two fractional Fourier transform, the resultant encrypted image is hided in a host image with phase retrieval iterative algorithm. Using the correct universal keys, individual keys, and fractional orders, one can recover the original image successfully. Computer simulation results with four gray-scale images support the proposed method. To measure the validity of the scheme, we calculated the mean square error between the original and the decrypted images. In this scheme, the encryption process and generation of decryption keys are complicated and should be realized using computer. For decryption, an optoelectronic setup has been suggested.