大气湍流模糊图像的高分辨力复原算法

大气湍流是大气中的一种重要运动形式,它的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强,这种干扰作用极大地影响了光电成像系统对于目标的分辨能力。由于湍流影响而退化的图像中同时存在着幸运区域,用适当的算法可以获得高分辨力复原图像。为了获取包含幸运区域的大气湍流模糊图像,在实验室使用人造湍流,并结合短曝光技术拍摄了大气湍流干扰的序列图像。文中应用矩形交叠分块方法,改进了基于偏微分方程（PDEs）的序列图像复原算法,对获取的序列短曝光图像进行处理。结果表明,经该算法处理得到的合成图像质量有明显的提升,该算法对大气湍流造成的图像质量退化有较好的复原作用。     

基于随机森林的红外图像超分辨力算法

为提高低分辨力红外图像的分辨力,提出了一种红外图像超分辨力算法。该算法训练2个随机森林模型：红外图像训练第1个模型、配准的多传感器图像训练第2个模型。采用自适应边缘提取算法提取红外图像与可见光图像的边缘,计算输入的低分辨力红外图像块与对应的高分辨力可见光图像块之间的相关系数。根据相关性选择合适的重建模型,用选择的模型重建高分辨力红外图像块,并整合为高分辨力红外图像。实验结果表明,与超分辨力随机森林算法相比,算法重建的高分辨力红外图像具有更高的客观指标,峰值信噪比(PSNR)平均提升了0.09 dB,并且获得更为清晰的主观视觉效果,更接近原始图像。     

基于FPGA的实时幸运区域融合算法

大气湍流对光学目标图像的分辨率会产生随机性 的影响。幸运区域融合(lucky-region fusion,LRF)是一 种针对受大气湍流影响图像序列的图像合成技术,通过在一系列短曝光图像中选取具有高分 辨率的区域进行融合,从而获得一张清晰的图像。LRF 算法在台式计算机上实现比较简单, 但这是事后处理的方法,没有实时性。描述一种针对灰度图像流实时地进行提取、分区处理 和合成的LRF算法及其系统实现技术。根据现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)数字信号处理的特点 , 提出了一种适合于FPGA处理的实时LRF算法。用硬件描述语言对该算法进行逻辑设计,将 其嵌入到一个中小规模的FPGA上,从而构成一个纯硬件的紧凑的LRF处理系统。通过模拟 的序列图像和在实验室实际拍摄了短曝光序列图像,对该系统进行了测试。实验结果表明, 所提出的实时LRF算法可行,所实现的FPGA系统可以实现输入灰度图像序列的实时动态幸 运区域融合,并最终获得高分辨率的融合图像。     

长曝光大气湍流退化图像点扩散函数估计

大气湍流能明显降低光学系统的成像质量,距离目标越远,曝光时间越长,受大气扰动越严重,图像越模糊。利用大气湍流退化点扩散函数可以对模糊图像进行复原,但实际自然条件下的点扩散函数往往难以准确获得。结合课题研究背景,针对长曝光大气湍流退化图像复原提出了近似等腰三角形模型,通过该模型能得到准确的大气湍流点扩散函数,并采用维纳滤波获得清晰复原图像。实验表明该方法能够对大视场、远距离条件下获得的长曝光大气湍流退化自然图像估计出准确的点扩散函数,复原图像拥有较好的视觉效果,通过计算灰度平均梯度值和拉普拉斯梯度模两个客观评价标准,进一步证实了该算法的有效性。     

折返路径光学湍流激光成像探测技术研究

分析了折返路径光学湍流激光成像探测技术发展的背景和意义,阐述了湍流大气中的折返路径激光传输物理过程及其数学模型。利用构建的实验系统,获取了人造流场和自然湍流场中动态变化的激光散斑回波图像,分析了图像的典型特征。计算表明: 利用低通滤波算法可将激光光斑分解成低频的阴影和高频的散斑亮点图像;对相邻的两帧阴影图像进行互相关运算,可以获得二维的横向风场矢量,从而实现湍流场及其中涡旋结构的可视化,同时显示出湍流场在空间上的各向异性。提出了若干有待探究的科学问题,例如如何利用风场矢量提取光学湍流的尺度参数,以及如何利用散斑亮点结合背景纹影技术来分析湍流场结构等, 作为下一步的研究目标。     

广义形态滤波实现星载SAR图像斑点噪声抑制

提出了实现高分辨率星载SAR单视图像斑点噪声抑制的广义形态滤波法.它以广义形态滤波器实现斑点噪声的抑制,并加以点目标的检测和保持,获得高空间分辨率和高辐射分辨率的SAR单视图像.最后用实际数据进行实验,验证了算法的有效性.     

火山SO2排放速率反演

SO₂紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO₂排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网络的光流算法。首先,基于大气紫外辐射传输特性,阐述了SO₂紫外相机的工作机理及SO₂浓度图像的反演方法;其次,将神经网络融入光流算法,实现了火山烟羽图像中SO₂排放速率的精确反演;最后,与传统光流法进行对比,论证了神经网络光流算法的科学性及优越性与精确性。实验结果表明：在图像低对比度及烟羽湍流效应的双重影响下,神经网络光流法可以把边缘反演的误差从94%降低至5%,显著提高了SO₂排放速率反演的精确性。     

合成孔径雷达图像斑点噪声抑制与滤波

斑点噪声的存在,严重阻碍了合成孔径雷达（SAR）图像的应用。根据斑点噪声的形成机理,分析并比较了抑制SAR斑点噪声的传统滤波算法及统计滤波算法的原理,利用ERS-2的SAR图像数据比较了这几种算法对SAR图像斑点噪声的滤除效果,根据噪声滤波效果评价参数得出Gamma滤波抑制斑点噪声的综合性能最好。     

基于L曲线法的超声CT正则化参数优化

超声逆散射成像图像重建反问题常常是不适定的。此种情况下,仅使用最小二乘法不能保证获得满意的介质分布图像重建结果,因此使用Tikhonov和TSVD正则化算法来产生适当的解。正则化参数的合适选取对图像重建至关重要,其对重建质量和计算速度都有影响,本文采用L-曲线准则确定相应的正则化参数。经实验验证:基于L-曲线法可以快速找到最优正则化参数,TSVD法与Tikhonov正则化方法相比,提高了图像重建质量,且适用范围广。     

一种基于IBP的红外微扫描图像重建算法

微扫描技术是在现有红外探测器基础上提升空间分辨率的一种有效方法.各种图像重建算法被用来对获得的微扫描低分辨率图像序列进行重建得到高分辨图像,其中IBP算法相对于POCS,MAP等方法具有计算速度上的优势.但是经典的IBP算法由于使用单一的松弛因子在实际计算中并不能兼顾重建图像的边缘细节和整体噪声,针对此问题提出了一种基...     

CO2差分吸收激光雷达测量灵敏度的数值分析

针对直接探测长程CO₂差分吸收激光雷达系统,分析了对测量灵敏度产生影响的两个主要因素:大气湍流和激光斑纹,得到了测量灵敏度与大气湍流和激光斑纹之间关系的数值计算结果。结果表明,在高度小于350m时,增加设备离地高度可以有效地提高测量灵敏度;在高度大于350m后,改变系统参数可以有效地提高测量灵敏度。     

基于散斑图滤波的差分鬼成像优化算法

针对传统鬼成像重构算法采样次数多、重建图像质 量差的问题,提出了一种基于散斑 图滤波的差分鬼成像优化方法。该方法在差分鬼成像的关联阶段先对随机散斑图进行相应的 滤波处理;再将原始桶探测器值与处理后的散斑图作关联运算,得出降噪处理后的重建鬼像 ,最后通过图像融合的方法补充重建图像的细节信息。数值仿真结果表明,与传统差分鬼成 像相比,在相同采样次数下重建差分图像的峰值信噪比提高了2-4 dB。实验结果表明该 算法能够很好地兼顾采样次数和图像质量间矛盾关系,对低采样次数下的鬼成像也能取得良 好的恢复效果。     

一种基于Shack-Hartmann传感器的自适应波前重建算法

波前重建是自适应光学系统中的一个重要环节,对系统性能影响明显。研究了一种无参考输入光条件下,基于Shack-Hartmann波前传感器的自适应波前重建算法,能根据实际光斑图的特点,自动确定探测窗口、计算实际质心、参考质心、选择重建区域和获取入射波前的Zernike模式系数,讨论了参考质心选择对波前重建结果的影响。搭建自适应光学系统,通过测量和校正模拟大气像差对重建算法进行了验证。实验结果表明,基于该重建算法的自适应光学系统可以把大气扰动引起的波前像差校正到0.1 λ以下,获得接近衍射极限的成像质量,说明该重建算法具有可靠性与实用性。     

基于任意偏振态的数字全息散斑去噪

数字离轴全息图重建的物体图像会有明显的散斑噪声,本文利用降低相干度的方法来实现散斑去噪。具体方法是通过任意偏振态的物光和线偏振态参考光实现干涉记录,通过这些光场进行平均处理可以有效减少数字全息中产生的散斑噪声。通过控制三个波片的旋转实现任意偏振态,得到多种偏振态下的全息图,多偏振态下重建物体图像的散斑对比度各有不同,对各个重建图像进行对比分析得到最优结果。之后再将各偏振态下的全息图叠加进行重建,重建图像中的散斑噪声得到很好的抑制且比单偏振态下效果更好。从实验结果的分析中能看到这种方法对抑制散斑噪声的有效性。     

激光雷达主动偏振图像散斑抑制算法研究

针对激光主动偏振图像的散斑去除问题,提出了一种新的非局部正则化方法:根据激光主动偏振图像的噪声特点,在全变差模型的基础上,提出了非局部全变差正则化模型.该算法充分利用了图像的全局信息复原图像,在很好地抑制散斑的同时,保持了图像的细节信息.新模型使用轮流最小化方法进行求解,则原始图像和点扩散函数都可以在最小化框架中求解,...     

基于改进正则化方法的SAR图像增强技术

常规SAR成像算法分辨率受系统带宽限制，并存在严重的相干斑干扰，不利于提取图像特征。正则化方法通过施加先验信息的约束，可以获得稳健的重建图像，由于SAR图像动态范围非常大，直接利用正则化方法重建图像，图像的细节特征不明显，本文采用改进正则化方法，以图像模值的对数变换作为势函数变量，有效的增强了图像细节特征。     

利用亚像素位移估计提高激光散斑图像无失真压缩效率

无失真图像压缩的目的是在保证不丢失任何信息的情况之下,用尽可能少的比特数表示图像.图像压缩对数据存储量的降低具有重要的意义.所设计的激光散斑图像无失真编码器由激光散斑位移估计、像素预测和哥朗布(Golomb)编码所组成.首先,估计散斑位移;然后,根据激光动态散斑相关函数设计预测模型,并以此为基础进行像素预测;最后,对预...     

基于光纤振动的激光散斑控制

散斑噪声的存在使得图像灰度剧烈变化,降低了图像分辨率,影响成像质量。为了控制散斑噪声,使用波长为405nm的激光作为显微系统照明光源,利用音圈电机振动光纤,通过对抛光玻璃显微成像,用CCD图像采集卡采集图像后进行了散斑噪声对比度分析。结果表明,在光纤振动幅度不变、振动频率在4Hz~55Hz内逐渐增加时,图像散斑对比度在0.0326~0.1197范围内逐渐变小;当频率大于51Hz时,图像散斑对比度曲线趋于平稳且对比度在0.0326处获得了最小值,图像清晰,达到良好的散斑控制。     

基于大气湍流传输激光散斑的真随机数提取研究

为生成真随机数序列,提出了先将大气湍流传输中激光散斑图像作为随机数发生器的熵源,再采用变帧频采样方法进行提取随机数的算法。首先,为降低相邻激光散斑图像间高相关性对随机性的影响,提出了变帧频采样方法。其次,对实验数据进行处理,根据大气湍流造成激光光斑质心的随机抖动特征,对散斑图像划分灰度等级,编码和后处理等操作,从而提取随机数。最后,利用NIST测试工具对提取的随机序列进行实验分析,结果表明:该序列不仅达到真随机数的标准,而且序列的数量和随机性均高于等帧频采样方法生成的随机序列。此外,对激光散斑视频归一化方差与最优采样区间之间的关系进行分析,为进一步的研究提供重要依据。     

Studies of the correction for phase diverse speckle

Phase diverse speckle is a novel kind of imaging technique and can be used to overcome image degradation from unknown phase aberrations, such as atmospheric turbulence. The wave-front phase expanded on the Zernike polynomials is esti- mated from a pair of images (in the focal and out of focus planes). In this paper the principle of PDS is analyzed, and genetic algorithm is used as the iterative algorithm to simulate some characteristics, such as the influence of Zernike polynomials’ mode, amplitude of turbulence on the phase estimation. Thus, a new method for recovery of images is explored.