光谱成像技术能够同时获取被测物体的二维空间及一维光谱信息，在科学检测与研究中发挥着重要作用。传统的高光谱成像系统存在着光学系统复杂、含有精密运动器件、曝光时间长等问题，这些问题极大地限制了其在许多场景的应用。介绍了一种基于旋转衍射机理的快照式高光谱成像系统，通过单次曝光成像和图像重建即可得到待测目标的高光谱信息。提出了一系列的系统设计优化方法以提升系统的成像性能和实用性，通过折衍射混合系统缩短光学系统后截距，通过引入前置光学系统探测远距离目标。实验结果表明，所提出的优化设计方法能够有效提高系统感光能力，提升重建图像的质量。

针对显微图像自动对焦和成像系统质量评价问题, 结合多尺度分解工具和梯度绝对值算子设计, 提出了一种显微图像清晰度评价算法。采用非下采样剪切波分解, 对输入的显微图像进行多尺度、多方向变换, 得到一幅低频子带图像和若干幅高频子带图像。结合抗噪阈值设置, 计算各子带图像的梯度绝对值算子和, 利用图像清晰度变化对于低频和高频子带系数影响的差异, 将高低频梯度绝对值算子的比值作为最终的显微图像清晰度评价数值。开展了仿真论证实验和实拍论证实验, 实验结果表明, 所提出的清晰度评价算法具有较好的单调性和抗噪特性, 和几种经典的评价算法相比, 本文方法得到的评价结果在灵敏度、稳定性和鲁棒性方面表现更为优异, 具有很好的实际应用价值。

针对低光度条件下长曝光图像与短曝光图像的融合问题, 提出了一种基于块匹配的图像融合方法, 将低光度图像对融合成为一张更好的图像.首先提出基于金字塔多尺度模型的双向鬼影检测算法, 该算法降低了噪声和欠曝对鬼影检测的影响, 用于准确检测低光度场景中图像对之间由于物体运动造成的不一致区域; 随后利用块匹配算法重建鬼影区域; 最后运用改善边缘特性的泊松融合算法提取两次曝光图像中的信息生成结果图像.实验结果表明, 该方法有效地保留了短曝光图像的边缘锐度, 并保持了长曝光图像的色彩、亮度和细节.

为了解决遥感图像中存在雾气引起图像可见度下降的问题, 提出一种基于颜色线先验和暗通道先验的遥感图像去雾算法。针对颜色线先验对部分场景不适用的情况, 提出一种基于最小二乘的透过率优化方法, 通过计算先验可信度权重来加权融合颜色线先验和暗通道先验估计的透过率图, 以获得更为准确的透过率分布。为了避免halo效应, 在优化方程中加入梯度正则化约束。实验结果表明, 本方法对透过率估计准确, 重建结果清晰度提升明显。另外, 该方法改善了客观评价指标, 其灰度平均梯度(GMG)和信息熵(IE)平均值最高, 取得了最佳的重建效果。

针对现有软件实现超分辨算法通常过于复杂、运算开销大、模型复杂度高的问题, 本文从成像过程中图像退化的物理原理出发, 提出一套基于小递归卷积神经网络的单帧图像超分辨模型.将物理模型的约束融入到模型中, 与现有的基于统计学习的图像超分辨算法相比, 本文提出的模型的模型复杂度和计算量几乎可以忽略不计, 同时内部的参数也有着更加明确的物理意义, 并且引入了外部数据辅助对相应的模型参数进行学习.使用运行速度、峰值信噪比的数值方法对结果进行评价, 结果表明: 本文提出的算法消耗时间只有传统反向投影算法的75%, 而精度比反向投影算法提高了0.2 dB, 比双线性插值提高了1.2 dB.本文提出的算法可以取得比迭代反投影算法更快、重建精度更高的超分辨重建效果.

提出了一种单张低动态范围图像曝光校正的方法, 可增强图像过曝光和欠曝光区域的细节.分别对图像过曝光区域与过欠光区域进行校正.在欠曝光区域, 使用WLS滤波将图像分解为照度图和反射图, 以提升区域亮度并增强对比度; 在过曝光区域, 扩展Retinex模型, 提出暗亮度用于表征过曝光程度, 压缩区域亮度并增强细节.然后利用基于显著性的融合算法将校正后的图像进行融合, 得到多区域增强图像.使用两种通用图像质量评价指标比较了多种方法的结果.实验证明, 本文结果的指标均优于其他方法的结果.另外, 在视觉效果的比较中, 本文方法可以得到细节丰富、色彩还原度高的校正图像.

提出了一种利用刚性连接于光学系统的微机械陀螺仪的光学图像拼接加速算法.该方法基于相机投影模型和坐标变换关系建立相机运动与像素坐标移动的关系; 根据陀螺仪数据计算拍摄前后两幅待拼接图像期间相机的旋转角度, 确定两幅待拼接图中特征点搜索窗口大小; 然后基于SURF特征提取算法, 提取待拼接两幅图片中的特征点, 在搜索窗口内寻找匹配特征点对, 避免了全局搜索从而减小计算量, 加快匹配速度.实验搭建了硬件平台以验证算法可行性, 与传统全局搜索匹配相比, 运行时间减少了31%.