采用波前测量图像恢复技术的误差分析

与自适应成像相比,基于波前测量的图像恢复方法避开了复杂的变形镜制造和控制技术,是一种低成本、性价比高的克服大气湍流、获取清晰图像的技术.利用测量得到的波前瞬时光学传递函数和退化的短曝光目标图像数据进行解卷积运算,得到理想清晰的目标图像.波前探测器的测量误差和波前重构误差是影响图像恢复效果的关键因素,利用傅里叶光学和夏克...     

气动光学效应图像恢复IBD算法研究

采用迭代盲目反卷积进行气动光学效应图像恢复研究,编制了相应的计算程序,获得了恢复图像和相应的气动光学效应降质过程的点扩散函数,同时讨论了共轭梯度CG算法在盲目反卷积图像恢复计算过程中的收敛性,并提出算法策略。     

激光反射层析成像相位恢复算法研究

针对激光反射层析成像中目标随机抖动与径向运动造成的投影中心失配问题,提出采用相位恢复算法对重构图像进行相位恢复重建,通过反复光强迭代消除目标随机运动造成的相位误差,达到减少重构误差、恢复目标图像的目的。为改进G-S算法收敛速度与恢复精度,提出频域模值加权方法进行投影数据相位迭代恢复,仿真实验表明,将算法收敛速度与收敛精度提高了1.2倍以上。通过对三组仿真实验处理,重构图像的平均相对均方误差由2.487 5下降到0.792 7,有效地恢复了目标图像轮廓。外场实验表明,该算法能够有效消除重构图像伪迹,改善激光反射层析成像系统成像质量。     

基于图像序列的YG算法二维相位恢复

迭代算法相位恢复计算中存在可能陷入局部极小值,导致算法收敛速度慢和不稳定的缺点,为了克服这一缺点,本文利用多个输出平面上光的强度信息,将YG算法推广到空域约束(光强度约束)二维相位恢复问题,提高算法收敛速度.模拟实验结果表明,基于图像序列的YG算法二维相位恢复收敛速度快,相位恢复精度高,同时对噪声具有较好的鲁棒性.     

气动光学效应红外序列退化图像优化复原算法

从时间序列退化图像中依次连续取两帧图像来估计湍流瞬态点扩展函数,将约束优化原理应用在气动光学效应退化图像的复原过程中。针对气动光学效应湍流点扩展函数复杂多峰、随机多变等特性,在点扩展函数的估计过程中,采用保凸峰等优化策略,将点扩展函数离散值的计算转化为基于松弛迭代的最优化估计,通过极小化准则函数估计点扩展函数值,进而恢复退化图像。实验结果表明,本文方法复原效果好,速度较快。     

基于分数傅立叶变换和相位恢复算法的彩色图像加密

提出一种基于分数傅立叶变换和相位恢复算法的彩色图像加密技术。加密时把待加密彩色图像分解为红（R）、绿（G）、蓝（B）三个分量,并构成联合图,然后将联合图迭代编码到两块相位板中,在迭代过程中,同时改变两块相位板。解密时,只需要将编码得到的两块相位板匹配起来放在正确的位置,就可以恢复出高质量的彩色图像。模拟实验表明,该算法收敛速度快,系统安全性能高,并且可以光学实现。     

相位相关技术实现离焦模糊图像运动估计

为解决离焦模糊图像的运动参数估计问题,介绍一种采用相位相关分析的图像配准技术。该方法利用傅里叶变换的平移特性,对产生平移的目标图像进行傅里叶变换,计算位移图像之间归一化互功率谱,其傅里叶逆变换对应二维脉冲函数,通过计算脉冲函数峰值坐标获取位移图像之间的亚像元级位移量。结合相位相关配准原理和线性空间不变退化模型,给出离焦成像系统点扩散函数及其光学传递函数的数学描述,侧重讨论离焦模糊对相位相关配准结果的影响,证明图像经过离焦退化后,位移图像之间归一化的互功率谱具有不变性。动态运动模糊图像最大检测误差0.339像元,标准差0.19像元。该方法具有可行性和有效性,能够满足一般要求。     

航天湍流退化图像的极大似然估计规整化复原算法

为了从有噪的湍流退化图像中有效地恢复出目标图像，提出了一种基于极大似然估计准则的规整化复原算法．根据图像随机场模型建立了有关多帧图像数据的对数似然函数，同时为了平滑噪声和保护图像边缘以及避免无价值的解，将一些合理的惩罚项和辅助平滑项融合到该对数似然函数中．推导出了湍流点扩展函数和目标图像的交替迭代求解公式，通过迭代方式可将点扩展函数和目标图像同时估计出来，给出了算法的并行处理方案．在微机上对强噪声条件下的湍流退化图像进行了恢复实验，实验结果表明本算法具有较强的抗噪能力和实用价值．     

基于高速湍流统计模型的红外退化图像仿真

超音速飞行条件下红外成像探测系统受到气动光学效应影响,其图像畸变和模糊退化问题十分严重,严重影响了红外制导系统的制导精度。常规的气动光学效应模拟仿真研究存在大数据量计算和非连续仿真问题,不能满足地面仿真的实时性需要。提出了基于高速湍流统计模型的快速仿真算法,用于气动退化图像实时复原方法和算法研究。根据本文提出的算法仿真得到的退化图像与实际的气动退化图像相似度较高,并且模型实现简单,能够满足地面实时仿真的需要。     

基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统

提出基于衍射光学器件的光学图像级联加密系统.一般来说,一个n级系统可由n个透镜串联组成.经过优化设计的衍射光学元件如相位板等相应的放置在系统的空间域和频谱域.当系统在平面波照明下,便能在输出平面获得解密图像.这些衍射元件可通过级联迭代傅里叶变化算法设计.计算机模拟结果显示,算法具有很快的收敛速度,而且所应用于的系统的级次越多,相应的收敛速度越快.级联系统能够高质量的恢复原始图像,使之与原始图像的均方差小于5×10-30.采用密钥共享方案,级联系统可以用作多用户系统,这样能使安全性明显提高.     

Methods for reconstruction of 2-D sequences from Fourier transformmagnitude

The Gerchberg-Saxton (GS) algorithm and its generalizations have been the main tools for phase retrieval. Unfortunately, it has been observed that the reconstruction using these algorithms does not always converge to the correct result even if the desired solution satisfies the uniqueness condition. In this paper, we propose a new deautocorrelation algorithm and a few auxiliary techniques. We recommend that a combination of the iterative Fourier transform (IFT) algorithm with our new algorithm and techniques can improve the probability of success of phase retrieval. A pragmatic procedure is illustrated. Different reconstruction examples that are difficult to reconstructed using the single IFT algorithm are used to show the robustness and effectiveness of the new combination of algorithms. If the given Fourier modulus data contain no noise, it is sometimes possible to get a perfect reconstruction. Even when the signal-to-noise ratio (SNR) of the Fourier modulus data is only 10 dB, a meaningful result remains reachable for our examples. A concept concerning the intrinsic ambiguity of phase retrieval is suggested. We emphasize the necessity of verification of the solution, since the available phase retrieval algorithms are incompetent for distinguishing between an intrinsically ambiguous solution and the true solution.     

基于全变差正则化的相位恢复算法

相位恢复问题是指仅通过信号傅立叶变换（或其它线性变换）的幅值恢复原始信号.由于相位信息的缺失,该问题是一个不适定问题,因此需利用先验知识确保精确重建.本文基于非线性压缩感知框架,提出利用自然图像在梯度算子下的稀疏性进行相位恢复的算法.该算法将全变差正则项融合到基于支撑约束和幅值约束的相位恢复问题中,并利用交替方向乘子法（ADMM）对所对应的非凸优化问题进行求解.实验结果表明,该算法明显优于HIO,RAAR等经典的相位恢复算法,并对噪声具有鲁棒性.     

基于小波变换的超短脉冲相位回归

针对频率分辨光学门法(FROG)要用傅里叶变换迭代算法耗时较长不利于实时检测的缺点,及光谱相位相干直接电场重构法(SPIDER)中用传统傅里叶方法滤波过程会产生相位噪声的缺点,提出了用小波变换回归相位的方法。对FROG迹线进行时-频分析直接提取脉冲相位,从SPIDER方法的光谱干涉条纹的小波变换中直接读取相位,对两种方法的小波变换进行了数学模拟,并与傅里叶变换结果进行对比,得到:小波变换能准确地回归超短脉冲相位。最后采用SPIDER方法测量了KLM钛宝石激光器输出脉冲的光谱干涉条纹,并用小波变换和傅里叶变换重建了光谱相位,消除了窗口滤波引入的噪声,证明了方法的正确性和可靠性,更适用于超短脉冲的评价。     

利用数字全息和相位恢复算法实现信息加密

提出了一种基于数字全息技术和相位恢复算法的信息加密方法。运用相位恢复算法得到数字全息图的纯相位频谱分布,实现了对全息图的加密;对纯相位频谱分布实施逆傅里叶变换(IFT)则可以得到解密后的全息图。利用菲涅耳近似法和卷积法对解密后的全息图进行数字重构得到了再现像。该加密方法区别于常用的随机相位加密方法,不再需要制作随机相位板。实验结果表明,该加密方法既适用于对二维图像加密,也适用于对三维物体进行加密。     

基于小波分解的湍流退化图像的快速复原算法

提出了一种基于小波分解的湍流退化图像的复原新方法．该方法以2帧同一目标的湍流退化图像作为输入，采用小波变换技术对两帧湍流退化图像进行多尺度分解．利用两个低频子频段图像的傅立叶频谱估计出两湍流点扩展函数在大尺度下的离散值，在图像的低频子频段进行去模糊，而在高频子频段则主要进行抑制噪声和保边缘特征．实验结果表明该方法十分有效，不但可以极大地减少计算复杂性，加快恢复速度，而且还可以很好地提高图像的恢复质量和抗噪能力。     

基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

针对空间目标地基自适应光学望远镜成像过程中同时记录目标图像及波前传感器数据的情形,提出了一种利用波前测量数据的空间目标自适应光学图像复原方法。该方法将大气降质波前表示为望远镜孔径内的二元单纯形样条函数,而非传统的Zernike模式的线性组合,基于该区域表示,为哈特曼-夏克波前传感器建立了平均斜率测量模型,进而非适定的波前重构问题转化为良态等式约束最小二乘问题,最终的目标图像即可通过非盲解卷积方法获得。仿真实验验证了提出的方法在不同的湍流强度下均能表现出良好的复原效果,对测量噪声亦不敏感。     

基于多个分数阶次的复杂光场相位恢复算法

给出了一种基于多个分数阶次的复杂光场相位恢复迭代算法。首先利用输入面和两个较高分数阶输出面上的强度信息,恢复出输入面相位分布的轮廓,然后再利用输入面和两个较低分数阶输出面,进一步恢复出相位分布的细节。分别针对具有缓变相位、随机相位分布的光场,进行了二维相位分布的恢复,都得到了良好的恢复结果。最后在一维情形下分析了探测噪声和光路位置调整误差对算法稳定性的影响。     

Reconstruction of Double-Exposed Terahertz Hologram of Non-isolated Object

When the non-isolated imaging objects are complex or critical imaging precision is required, single-exposure digital hologram technique may be insufficient. So in this paper, double-exposure method is adopted in 2.52-THz inline digital holography simulations and experiments. Experimental results indicate that, compared with the results reconstructed by single-exposure amplitude-constrained phase retrieval algorithm (S-APRA), double-exposure phase-constrained phase retrieval algorithm (D-PPRA) increases the contrast of the reconstruction image by 0.146 and double-exposure amplitude-constrained phase retrieval algorithm (D-APRA) increases the contrast by 0.225. In addition, when applied to non-isolated object reconstruction, phase retrieval algorithms with only amplitude constraint on the object plane work better than those with both amplitude and phase constraints.     

相位相关法及其在偏振图像配准中的应用研究

分析了遥感偏振探测的原理和与遥感强度探测相比所具有的优越性,指出了偏振图像的特点。采用偏振测量方法,可以获得地物的偏振信息,有助于增强对地物的探测能力,但是对图像像元不对准有很高的敏感性,为了得到可靠的偏振信息,配准的精度应该至少到达0．1个像素。介绍了一种基于傅立叶变换的配准方法：相位相关法,并把该方法应用于偏振图像配准中。相位相关法根据傅立叶变换的平移性质,能够解决具有平移关系的图像配准问题,实验证明该方法具有对噪声和图像灰度变化不敏感的优点。