多帧盲解卷积图像复原技术能够进一步提高自适应光学图像的分辨力, 但其算法比较复杂, 处理耗时过长, 对序列图像复原经常需要几分钟甚至几十分钟的计算时间, 对实际应用造成了极大不便。为了提升算法的运行速度, 改善其耗时过长的问题, 通过研究和分析盲解卷积算法原理和算法结构, 采用目前高速发展的中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)异构加速技术, 主要对耗时最长的矩阵卷积运算进行优化, 通过使用库函数与算法结构微调相结合的方法并行加速, 实现多帧盲解卷积的图像复原算法的并行化。使用并行算法对图像进行复原处理, 针对16帧以上分辨率为256×256像素的空间目标图像, 可以实现17×的加速比, 为图像复原的实时/准实时提供一种可行的方案。

为提高图像盲复原处理效果，提出了经验法、拟合高斯点扩散函数法,以及符合Kolmogorov谱函数的初值选取方法等三种初值选取方法。引入泽尼克多项式参量化表示点扩散函数，应用极大似然迭代盲解卷积算法对模拟模糊图以及木星观测图进行了复原处理。计算结果表明，符合Kolmogorov谱函数分布的初值方法以及拟合高斯点扩散函数方法得到的图像复原结果较好。

提出了一种光场相机波前传感器的成像模拟方法，该方法将微透镜阵列等效为一个相位掩膜，考虑了微透镜之间的干涉效应。数值模拟显示，不存在波前畸变时，光场相机的波前斜率输出不为零，降低了波前重构精度；光场相机波前传感器的线性度随着微透镜尺寸的减小而提高，然而存在一个与波前畸变程度有关的最优微透镜尺寸，使波前复原精度最高；与哈特曼波前传感器相比，在国内典型大气条件下，光场相机的波前重构精度略低。

基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的自适应光学（AO）系统通过直接优化系统的性能评价函数来控制波前校正器以补偿波前畸变。传统的全局耦合的SPGD算法能够明显提高AO系统的收敛速度，但会降低系统的波前校正效果。针对传统算法的不足提出了改进方法：收敛前后期采用不同的电压优化控制方式。建立了SPGD AO成像系统的仿真模型，结果表明，与传统全局耦合SPGD算法相比，改进算法在收敛速度基本与前者相同的情况下，波前校正后焦平面成像光斑的斯特列尔比（SR）提高了0.14。

幸运成像技术是自适应光学(AO)图像高分辨率重建的一种事后处理技术。传统的幸运成像算法要先对短曝光图像进行像质评价，并选取像质最好的一些图像进行配准、叠加来重建目标图像，最终使得图像分辨率达到地基光学望远镜的衍射极限。但是传统幸运成像算法未考虑图像某些方向上的高分辨率信息，而频域幸运成像算法则在傅里叶频域内对每帧图像进行信息选取，可更有效地利用短曝光图像在不同方向上的高分辨率信息。仿真实验结果表明频域幸运成像算法与AO系统结合能克服大气湍流影响，明显提高望远镜的分辨能力。在没有AO校正的情况下对真实天文图像进行了处理，结果表明，频域幸运成像算法重建图像的分辨率高于传统幸运成像算法。

大气湍流对实现扩展目标的高分辨率重建具有重要影响.针对此问题, 本文提出了一种改进的散斑成像算法.传统散斑成像算法在相位恢复计算中存在双谱数据量大和计算复杂等问题, 改进算法利用图像的厄米特对称性和查找表技术将相位恢复和双谱计算紧密结合, 通过计算截止频率内的每个空间频率点邻域双谱和添加双谱坐标约束使得双谱数据量减小.建立傅里叶频域相邻两象限共用的坐标查找表, 确定双谱和相位恢复计算顺序, 避免了双谱的对称操作从而使得整个计算简单易行.仿真实验结果表明: 改进算法相对于双谱截切法使得双谱数据量至少减少了24%并准确恢复出目标相位谱, 恢复相位谱经过傅里叶逆变换后清晰地显示了目标的轮廓和结构, 再结合Labeyrie-Kroff法得到了目标的高分辨率图像；最后对实际天文图像进行处理, 使恢复后图像的分辨率相对于原始图像得到明显提高, 并且改进算法以更少的计算时间获得了与双谱截切法几乎同样的恢复效果.

在随机并行梯度下降(SPGD)自适应光学(AO)中, SPGD算法通过直接对系统的性能评价函数进行优化从而校正波前像差, 有可能实现实时校正, 具有很强的应用潜力。 SPGD算法的收敛速度与控制单元的数目、性能评价函数的选取、增益系数及扰动幅度的取值等密切相关。通过仿真的方法, 研究了控制单元数对 SPGD AO系统在静态波前校正中收敛速度的影响, 得出了收敛所需迭代步数与控制单元数成线性关系的结论; 仿真了 SPGD AO系统在不同迭代速率或不同风速下的动态波前校正, 为系统控制单元数的选取提供了参考。

幸运成像技术是一种基于目标序列短曝光图像选取、配准、叠加的事后处理方法，能够有效降低大气湍流导致的成像闪烁和抖动对图像质量的影响，提高地基望远镜的成像分辨率。首先介绍了幸运成像技术的基本原理和处理流程，然后应用该项技术，对新月月面进行了幸运成像观测实验，给出了对获得的图像进行处理和分析的结果。处理结果表明，幸运成像技术能够明显地提高空间目标通过湍流大气后的成像质量。对处理结果用小波变换的方法进行了图像增强，给出了增强结果图像和像质评价，增强结果表明，图像增强能够进一步提高幸运成像结果的质量，改善结果图片的视觉效果。

介绍了一种有限距离上大气相干长度测量系统的原理和方法, 给出了在长沙实验测量的初步测量结果。分析了大气相干长度对目标序列图像中“幸运图像”概率的影响。实验得到的数据和近地湍流强弱情况相符, 大气相干长度的变化显著影响了获得“幸运图像”的概率, 证明该种测量方法对幸运成像参数的选取具有一定的参考价值。

地基望远镜的成像分辨率通常都受到大气湍流的限制,这种限制在对扩展目标进行观测成像时变得尤为显著。幸运成像技术是一种基于目标序列短曝光图像选取、配准、叠加的事后图像处理方法,能够有效降低大气湍流导致的成像闪烁和抖动对图像质量的影响,提高望远镜的成像分辨率。介绍了扩展目标幸运成像技术的基本原理和基本流程,并应用该项技术对近地扩展目标大气湍流成像的实验观测数据进行事后处理。处理结果表明,幸运成像技术能够提高扩展目标通过湍流大气的成像分辨率。