基于能量累加的空间目标星像质心定位

研究了CCD观测图像的亚像素级高精度质心定位方法以提高目标星像的天文定位精度.分析了影响定位精度的主要因素,如图像噪声、离散化采样误差及定位窗口选择等,结合CCD弥散斑的成像特性,提出了一种基于能量累加的空间目标星像质心定位方法.该方法使用插值方式降低离散采样点和实际感光区域光线照度的不一致性;利用弥散斑能量累加自适应...     

基于稀疏表示和Weber定律的运动图像盲复原

针对运动过程中视觉图像易产生运动模糊的问题,提出了一种基于稀疏表示和Weber定律相结合的图像盲复原方法。该方法利用冲击滤波器预测模糊图像的显著边缘梯度,并用多尺度策略由粗到细进行模糊核的估计。然后,对图像盲复原模型进行稀疏正则化约束,并结合反映人类视觉特性的Weber定律对合成模糊图像和真实模糊图像进行盲复原。实验结果表明,本文采用的盲复原算法的性能指标和图像的纹理都达到了较优的复原效果。与近年较好的Rob Fergus去模糊方法和Xu Li去模糊方法相比,对Lena模糊图去模糊后的结构相似度(SSIM)为0.762 4,峰值信噪比(PSNR)提高了1.82~2.99dB;对Cameraman模糊图去模糊后的结构相似度(SSIM)为0.8589,PSNR提高了2.46~5.58dB。另外,本文方法降低了复原图像的边界伪影,符合人的视觉感知特性。     

基于边缘分离的去振铃复原

针对模糊图像复原后常常存在的振铃现象,提出了一种基于边缘分离的去振铃复原方法。该方法首先使用基于图像质量评价的降晰函数辨识方法估计模糊图像的降晰函数尺寸,提取模糊图像中的强边缘并平滑边缘区域得到去边缘模糊图像。然后,利用估计降晰函数对去边缘模糊图像进行迭代盲复原。最后,提取边缘增强后加入到复原的去边缘图像中得到完整的复原图像,并对复原图像进行增强。复原过程中为了抑制噪声放大使用了Wiener和离散小波变换(DWT)联合去噪算法对图像的低频区域进行去噪。实验结果表明:与传统的迭代复原算法相比,本算法复原图像的振铃测度降低了34%以上,比基于Fuzzy滤波器的去振铃算法低12.5%以上;同时,本算法复原的图像质量也得到了明显提升。     

抑制寄生波纹的红外图像降晰函数辨识算法

提出了一种针对军事目标红外模糊图像复原的降晰函数辨识算法。该算法根据气动光学效应形成湍流流场的机理建立相应的模型,将点扩展函数简化为可用参数描述的高斯函数形式;利用红外图像的边缘梯度变化特性提出边缘清晰度改善量,并作为降晰函数参数辨识的评价标准,清晰度改善量取最大值时对应的参数就是观测图像的最佳降晰函数参数;针对复原过程中可能出现的振铃效应,运用细节规整化思想衍生的加权空间复原算法,自适应地抑制寄生波纹的产生。实验验证表明,本文方法能有效地复原红外模糊图像,且对降晰函数的辨识准确率高,相对误差可以降低至4.5%左右。另外,抑制振铃寄生波纹效果良好。复原后图像在各项质量评价指标上都有很大提高,峰值信噪比提高量超过9.4dB,综合评价指数ImageQ提高了20以上。     

基于非负支撑域受限递归逆滤波的自适应图像盲复原

针对原始非负支撑域受限递归逆滤波(NAS-RIF)算法存在的缺点,提出了一种自适应的NAS-RIF图像盲复原算法.首先,在NAS RIF算法的代价函数中加入正则化约束项和空域加权因子,通过自适应地调整正则化参数和空域加权因了来改善算法的抗噪性能,并确保复原的逼真和平滑.然后,在算法的每次迭代中,采用图像分割技术找到准确的目标支持域,并用背景的平均值取代非均匀背景.最后,利用N步重置共轭梯度法优化代价函数,加快了算法的收敛速度.在不同信噪比条件下对两种模糊图像进行了实验,结果显示,采用本文算法得到的信噪比增益(△SNR)分别为6.315 3 dB和8.910 6 dB,表明该算法具有较好的噪声抑制和边缘细节恢复效果.对低信噪比的退化图像,本文算法也能得到更好的复原结果.     

空间目标图像的非凸稀疏正则化波后复原

现有的空间目标图像波后处理方法多直接套用自然光学图像的复原技术,效果并不理想。本文通过分析空间目标图像的近似稀疏性和灰度值服从超拉普拉斯分布的独有特点,提出了一个采用正则化方法的非凸稀疏正则化空间目标图像复原模型。在数值计算过程中,根据交替方向乘数法将复原模型分解为两个子问题,对凸优化子问题采用快速傅里叶变换求解,对非凸优化子问题采用固定点迭代方法求解。文中设计了非凸稀疏正则化空间目标图像波后复原的完整算法流程,并针对模拟图像和真实空间目标图像进行了对比验证。结果显示:相对于最近的流行算法,提出方法的最大峰值信噪比提高了2dB,最大平均结构相似度提高了0.17,最大信息熵提高了3.85,图像清晰度提高了2.65。     

基于归一化超拉普拉斯先验项的运动模糊图像盲复原

基于变分方法提出了一种运动模糊退化图像的盲复原算法.考虑自然场景的图像梯度符合长拖尾概率分布,提出的方法采用归一化的超拉普拉斯先验项作为变分能量方程中的光滑项,从而有利于图像在去模糊的求解过程中正确解收敛.由于建立的能量方程不是严格凸的函数,故引入了分裂方法进行求解.整个运动模糊退化图像的盲复原过程在多尺度框架下由粗到细尺度渐进执行.最后利用估计出的点扩展函数计算清晰图像.相对于传统的盲复原算法,本文提出的算法不需要预测图像的梯度信息和对梯度进行筛选,直接求解能量方程就能够得到相应的正确解.得到的结果验证了本文算法的有效性.     

基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法研究

随着红外成像相关产业的兴起,红外成像技术具有的隐蔽性好、探测范围广、定位精度高、穿透距离远,以及轻质小巧、低耗可靠等优点备受青睐,已成为当前智能化光电探测发展的主流方向。然而,红外弱小目标的图像细节特征少、信噪比低等特点成为红外图像应用的瓶颈,如何提高红外弱小目标成像效果成为目前的研究热点。POCS算法是目前超分辨率复原中应用非常广泛的一种复原算法,但是该算法运算量大,处理时间较长,同时对图像的边缘细节保留能力较差。针对POCS超分辨率复原算法迭代时间较长,无法满足光电探测系统实时性的问题,提出了基于梯度图的快速POCS超分辨率复原算法(GPOCS)。该算法根据图像的梯度分布对图像中的像素点进行分类,采用不同的迭代系数进行计算。改进算法能够较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间。实验结果表明:GPOCS算法复原结果在背景处噪声得到一定的抑制,整体复原能力优于传统的POCS复原方法。该算法能够有效地保留边缘细节,同时处理时间小于传统的POCS复原方法,减少了1个数量级已经是接近实时。GPOCS算法能够自适应的选取迭代步长,较好的保留边缘信息并抑制噪声,进而在保证超分辨率复原性能的基础上大大缩短了运算时间,虽然不能满足实时性的要求,但是也已经是接近实时。     

基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法.按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散.高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位.在星像点噪声为N(0, 1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007 pixel,远小于灰度重心法的0.041 pixel和加权灰度重心法的0.026 pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致.仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法.     

基于L0稀疏先验的相机抖动模糊图像盲复原

提出了一种基于L0稀疏先验的改进正则化模糊图像盲复原算法来解决相机抖动所产生的模糊问题。根据模糊图像的梯度分布要比清晰图像稠密并且暗通道的稀疏性也相对较小这一固有属性建立了新的优化模型。针对L0范数的高度非凸性和暗通道稀疏优化过程中涉及到的非线性最小化问题,提出了一种近似线性映射矩阵,并用半二次分解法对L0最小化问题进行求解。最后,采用快速傅里叶变换在频域中对模糊核及清晰图像进行交替迭代运算得到复原图像。对多幅不同类型的模糊图像进行了实验,结果显示:复原图像平均灰度梯度高达11.411,图像信息熵达到7.304,处理365×285的图像只需8.07s。提出的算法有效抑制了图像边缘处的振铃效应,完整保留了清晰的细节信息的同时显著提高了运算速度,并适用于多种不同类型图像的盲复原。     

基于灰色预测恢复算法的流式细胞仪多参数提取

针对流式细胞仪测控系统由于脉冲信号信息不完整导致多参数提取存在误差的问题,提出了一种基于灰色预测恢复算法的多参数提取方法。利用基于GM(1,1)模型的灰色预测梯形递推信号恢复算法对脉冲信号进行高精度恢复,提高信号的信息完整性。同时,对直流恢复模块进行了优化设计,通过高速数字信号处理芯片对脉冲信号模拟偏移量及直流恢复进行反馈,提高直流恢复精度及信号信噪比。最后,搭建了测控系统实验环境,对该系统进行了验证。实验结果表明,多参数提取精度均在±1.5%范围内;同时可以将流式细胞仪检测细胞的速度提高到10万个/s。     

旋转运动模糊的实时恢复算法

提出一种旋转运动模糊恢复算法,解决航空成像时旋转运动模糊的实时恢复问题。对旋转运动模糊这种具有异速像移的空间变化模糊进行分析,推导出旋转运动模糊的数学模型。用基于Bresenham画圆法的坐标转换方法将旋转圆弧上的空间变化模糊转变为常见的线性空间不变模糊,并使用一维维纳滤波对原圆弧轨迹上的像素点进行模糊恢复。实验结果显示：本文算法在GPU处理平台下用3.31ms即能完成一帧1024x1024 8bit旋转运动模糊图像的恢复,实现图像的实时恢复处理;同时图像上的细节信息均能得到很好的恢复,恢复图像的PSNR为28.76。算法的效率及效果表明本文算法具有一定的实用价值。     

多步变权重复合的通用星点聚心

为了解决星敏感器星点质心定位中对过曝光星象的聚心问题,提出一种通用的星象聚心算法.采用先对局部星象区域进行初步计算,进而通过整体复合实现对所有星象的质心定位.首先,结合实拍星图介绍了想象的过曝光星象存在及区域分布;在分析其分布特性的基础上检测各行/列的过曝光区域尺度,根据与尺度相关的规则对相应点的灰度值进行空间缩放;然...     

天文导航中的星敏感器技术

由于星敏感器仅仅工作在全天球的识别模式下远不能满足当前飞行器任务的需要,提出了当星敏感器有足够的先验信息情况下,可在星跟踪模式或者预测星像模式下工作,来提高星敏感器的数据更新率,降低由全天球识别带来误匹配的可能性.本文提出了一种新的星跟踪算法来克服飞行器在大角速度飞行情况下传统星跟踪算法处理时间过长等不足;为了消除由于系统噪声带来的误差,还提出了星图滤波和星像滤波的方法.实验结果表明,当飞行器在2.25°/s的角速度下飞行时,星敏感器能在10 pixel×10 pixel的范围内从星图中正确提取星像,星图经去噪后,星敏感器输出精度提高了近5″,从而使星敏器可在飞行器高动态飞行情况下实现高精度、高更新率的姿态输出.文中描述的所有方法已在2007年和2008年进行了地面观星测试,并于2009年即将应用于某些卫星的姿控系统中.     

运动模糊角度检测的两种改进方法

运动模糊图像复原的关键点在于模糊角度和模糊长度的获取,针对运动模糊图像频谱图中十字亮线影响模糊角度检测精度的问题,提出了两种改进方法。在Radon变换的基础上,通过对模糊图像频谱图进行非中心化和二次傅里叶变换细化条纹信息,来减小十字亮线对模糊角度检测精度的影响。对比实验表明,改进的两种方法能提高1°～3°的模糊角度检测精度。     

盲复原高斯模糊图像

经典的图像恢复算法设点扩展函数(PSF)是已知的,然而在许多情况下PSF难以确定,不得不在只知道成像系统部分信息甚至没有任何信息的情况下估计真实图像和PSF,这一过程称为图像盲复原.对于高斯模糊图像,它的PSF是很难被检测出来的,因此高斯模糊图像的盲复原一直是个棘手的问题.利用高斯点扩展函数的特性,初始估计PSF并对加...     

应用正则化影响函数扩散模型的星图噪声滤波

由于恒星星图的噪声滤波对保持星点的边缘细节要求较高,本文以塔基（Tukey）扩散模型与改善的PM（Perona-Malik）模型为基础,提出了一种基于正则化影响函数扩散模型的星图噪声滤波方法。该方法通过导数算子提取边界点集,利用图像中原始像素和噪声像素的空间分布特性对图像进行噪声滤波处理,并通过给定边界条件恢复图像边缘。由于避免了方差稳定（VS）变换,该方法可以直接处理高斯噪声。对普通图像和添加高斯噪声星图进行了仿真测试,并与普通扩散函数算法进行了比较。实验结果表明：提出的算法表现出了较好的噪声滤波能力,同时有效地保持了特征图像的边缘。相对于普通扩散函数算法其平均绝对误差降低了13.6%,峰值信噪比平均提高了6.1%。得到的数据显示,本方法的滤波能力优于普通的扩散函数方法,特别适用于星图的噪声滤波处理。     

航空多重模糊图像恢复算法

提出一种针对多重模糊的图像恢复算法,解决航空成像中多重模糊同时作用时的图像恢复问题。对多重模糊的物理模型进行分析,通过分步去模糊对多重模糊图像进行恢复。对空间不变模糊的点扩散函数进行合并,减少多重模糊恢复过程的计算误差累计,通过一次解卷积运算实现多重空间不变模糊图像的恢复。对包含空间变换模糊的多重模糊在分步恢复过程中所产生的图像误差噪声进行分析,使用维纳滤波对阶段误差噪声进行抑制,使得恢复图像的PSNR值提高7.76dB。实验结果表明基于点扩散函数合并的恢复方法能将多重模糊图像的PSNR值提高到28.09,有效地保障了图像的恢复质量。     

分块峰值点局部区域生长的星像提取

为了获得高精度、高更新率的抗噪声性能,对星敏感器星像提取环节进行了研究。首先,分析星图中星像灰度的分布特点,建立了判断某个像素是否与峰值像素归属同一星像的标准。然后,介绍了像元阵列分块方法和背景预测法。最后,结合星像的特点提出了以峰值点为种子点的区域生长准则。仿真实验结果表明,在不加噪声的情况下,提取出的星像与参考星图完全一致,用质心法得到的亚像素定位精度为0.028 2。在添加均值为20、标准差高达2.5的强高斯灰度噪声的情况下,提取率仍能达到86.11%,质心精度则下降到0.219 6pixel。均匀性很差,信噪比低于4.9dB的实拍星图实验结果也证明该方法有很强的星像提取能力和准确性,能够满足强噪声弱星像质心提取的强抗干扰能力的要求。