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稀疏孔径光学成像系统图像恢复算法研究

作　者: 姜艳超
导　师: 王治乐
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 图像恢复 稀疏孔径光学系统 WDALRD
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 84次
引　用: 1次
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内容摘要


稀疏孔径光学成像系统采用多个相同的共相位圆形子孔径来获得大孔径光学系统的成像效果,解决了大孔径光学系统高成本、难加工的问题,有效地提高了系统分辨率。但是,由于稀疏孔径光学成像系统光瞳分布的离散化,使得系统调制传递函数(MTF,Modulation Transfer Function)在中频段显著下降甚至出现零点;同时,通光面积的减小引起图像信噪比的降低,加之成像环境因素的影响,导致成像结果较差,因而需要对稀疏孔径降质图像进行恢复。图像恢复技术根据图像退化过程建立数学模型,沿着图像降质的逆过程估计出原始图像,满足后续处理的要求。首先,本文建立了稀疏孔径光学成像系统的降质模型,研究了该类系统的成像原理以及表征系统特性的参数,基于稀疏孔径阵列的二维MTF特性,提出了频域特征三角形法求取最小填充因子,并成功求取了Golay3、Golay6、Ring6、Tri-arm7等典型稀疏孔径阵列的填充因子。其次,推导了典型稀疏孔径阵列的MTF表达式,分析了影响成像质量的光学因素(子孔径像差、活塞误差和倾斜误差),然后选取较低的填充因子研究了光学稀疏孔径阵列的MTF特性,并利用Matlab软件对稀疏孔径光学成像系统有无像差两种情况进行了低填充比仿真成像实验。再次,研究了傅里叶反卷积、LPA-ICI(Local Polynomial Approximation- Intersect Confidence Intervals )和WDALRD ( Wavelet Denoise after Laplacian-Regularized Deconvolution)算法,通过与稀疏孔径光学成像系统匹配,应用于稀疏孔径图像恢复中,并提出了归一化中高频MTF均值作为像质评价指标。最后,为了检验算法的有效性,进行了数字仿真实验和半实物仿真实验,发现WDALRD算法不仅能够消除有色噪声,而且能够有效地保留图像的纹理和边缘信息,因而,最适合于稀疏孔径光学成像系统的图像恢复。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题的研究目的和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 稀疏孔径光学系统研究现状  9-14
    1.2.2 稀疏孔径图像恢复研究现状  14-15
  1.3 本课题的主要研究内容及章节安排  15-17
第2章 稀疏孔径光学成像系统模型分析  17-28
  2.1 稀疏孔径光学系统成像原理  17-21
  2.2 稀疏孔径阵列的特征参数  21-23
    2.2.1 冗余度  22
    2.2.2 填充因子  22
    2.2.3 截止频率  22
    2.2.4 等效口径  22-23
  2.3 稀疏孔径阵列的最小填充因子  23-27
    2.3.1 特征三角形法  23-25
    2.3.2 Golay3 阵列的最小填充因子  25
    2.3.3 其他阵列的最小填充因子  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 稀疏孔径光学成像系统仿真实验  28-46
  3.1 稀疏孔径阵列的MTF 特性分析  28-32
    3.1.1 Annulus 阵列的MTF  28-29
    3.1.2 Golay3 阵列的MTF  29
    3.1.3 Golay6 阵列的MTF  29-30
    3.1.4 Ring6 阵列的MTF  30
    3.1.5 Tri-arm7 阵列的MTF  30-31
    3.1.6 Multi-Golay3-I 阵列的MTF  31-32
  3.2 稀疏孔径光学系统的像质影响因素  32-41
    3.2.1 子孔径像差  32-35
    3.2.2 活塞误差  35-38
    3.2.3 倾斜误差  38-40
    3.2.4 光学系统像差对MTF 的影响  40-41
  3.3 稀疏孔径光学系统的成像仿真实验  41-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章 稀疏孔径光学成像系统的图像恢复  46-73
  4.1 稀疏孔径光学系统的图像恢复算法  46-58
    4.1.1 FoD 算法  48-50
    4.1.2 LPA-ICI 算法  50-54
    4.1.3 WDALRD 算法  54-58
  4.2 稀疏孔径光学系统的像质评价方法  58-61
    4.2.1 峰值积分旁瓣比  59-60
    4.2.2 中高频MTF  60-61
  4.3 稀疏孔径光学系统的图像恢复实验  61-72
    4.3.1 数字图像恢复实验  61-65
    4.3.2 半实物仿真图像恢复实验  65-72
  4.4 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-79
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  79-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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