自适应光学(AO)系统为大气湍流提供实时补偿,但AO图像的对比度通常很差, 这会导致图像质量下降。本文提出了一种基于点扩散函数(PSF)重构和改进的最大后验概率(MAP)估计的自适应光学图像恢复方法。首先, 结合观测条件和AO系统的特点, 建立基于波前相位信息的PSF重构模型; 其次, 基于本文提出的算法, 建立了AO图像的迭代求解公式, 实现多帧AO图像联合去卷积过程。为了验证本文算法的有效性, 对仿真的退化AO图像进行了一系列复原实验。实验结果表明,以“Man”图像为例, 与Wiener-IBD、RL-IBD及FS-MLJD算法相比, 该算法的峰值信噪比(PSNR)测度分别提高了683%, 4.47%和2.28%, 拉普拉斯梯度模(LS)值分别提高了22.2%, 17.9%和12.1%。本文的研究结果对实际的AO图像恢复具有一定的应用价值。

通过强光辐照光电成像系统实验研究, 得到了饱和像元数与入射光强、光学系统参数、像元饱和阈值等参数之间的变化规律, 并利用光学系统点扩展函数(PSF)进行了理论验证。结果表明, 饱和像元主要由衍射效应引起。推导了饱和像元数与入射光强、波长、光学系统参数、像元饱和阈值等参数之间的关系。

In this paper, we propose a point spread function (PSF) reconstruction method and joint maximum a posteriori (JMAP) estimation method for the adaptive optics image restoration. Using the JMAP method as the basic principle, we establish the joint log likelihood function of multi-frame adaptive optics (AO) images based on the image Gaussian noise models. To begin with, combining the observed conditions and AO system characteristics, a predicted PSF model for the wavefront phase effect is developed; then, we build up iterative solution formulas of the AO image based on our proposed algorithm, addressing the implementation process of multi-frame AO images joint deconvolution method. We conduct a series of experiments on simulated and real degraded AO images to evaluate our proposed algorithm. Compared with the Wiener iterative blind deconvolution (Wiener-IBD) algorithm and Richardson-Lucy IBD algorithm, our algorithm has better restoration effects including higher peak signal-to-noise ratio (PSNR) and Laplacian sum (LS) value than the others. The research results have a certain application values for actual AO image restoration.

红外成像制导具有灵敏度高、空间分辨率高、抗电磁干扰能力强等优点, 目前已被各国广泛应用。但是在成像制导过程中, 由于弹目之间的相对快速运动容易造成成像运动模糊, 使得目标相对于成像系统产生横向运动和目标尺寸的相对变化, 给后续目标识别与跟踪造成影响。针对红外成像制导拍摄到的图像, 在运动参数未知的情况下, 采用点扩展函数预估计方法, 分别利用Roberts边缘检测算子和自相关的方法确定出点扩散函数的运动方向和尺度参数。在此基础上, 采用有约束的最小二乘滤波对图像进行恢复, 仿真实验结果表明, 文中算法可较好的对运动模糊图像进行恢复, 取得不错的效果, 为红外成像制导目标识别与跟踪奠定基础。

为了研制精确的星点定位误差补偿算法，得到星像轮廓面的形貌信息，研究了检测星敏感器点扩散函数（PSF）的方法。在高精度测量平台上进行光电采样，获取星像像素灰度值分布，根据扩展Nijboer-Zernike理论进行PSF拟合重建。噪声仿真实验证明，该算法能够在星像信噪比较低的情况下准确地得到Zernike系数，从而快速地重建甚高精度星敏感器的空域PSF。基本满足自动检测甚高精度星敏感器星像轮廓面的要求。

：针对大气层外的太阳光谱辐照度监测，设计了一种星载小型宽光谱太阳光谱仪。光学系统应用改进的切尔尼-特纳光学结构，工作波长范围为600~1 200 nm(二级光谱)和1 200~2 400 nm(一级光谱)；一二级光谱使用二向色分光镜分离，并采用两片线阵探测器同时接收，实现全谱瞬态直读。整个光学结构的尺寸为80 mm×55 mm×20 mm。经过系统优化，全谱段子午方向像差低于6 μm。基于惠更斯点扩散函数(PSF)，仿真探测器像元的光谱响应函数(SRF)，结果表明光谱分辨率在600~1 200 nm波段优于2 nm，在1 200~2 400 nm波段优于4 nm。系统结构简单紧凑，稳定性高，适合用于空间太阳光谱辐照度的在轨监测。

Point spread function (PSF) engineering-based methods to enhance resolution and contrast of optical microscopes have experienced great achievements in the last decades. These techniques include: stimulated emission depletion (STED), time-gated STED (g-STED), ground-state depletion microscopy (GSD), difference confocal microscopy, fluorescence emission difference microscopy (FED), switching laser mode (SLAM), virtual adaptable aperture system (VAAS), etc. Each affords unique strengths in resolution, contrast, speed and expenses. We explored how PSF engineering generally could be used to break the diffraction limitation, and concluded that the common target of PSF engineeringbased methods is to get a sharper PSF. According to their common or distinctive principles to reshape the PSF, we divided all these methods into three categories, nonlinear PSF engineering, linear PSF engineering, and linear-based nonlinear PSF engineering and expounded these methods in classification. Nonlinear effect and linear subtraction is the core techniques described in this paper from the perspective of PSF reconstruction. By comparison, we emphasized each method’s strengths, weaknesses and biologic applications. In the end, we promote an expectation of prospective developing trend for PSF engineering.

由于现有的模糊图像盲恢复算法计算复杂度高,计算量大,本文提出了一种基于半二次罚函数的图像盲去模糊算法,并进行了实验验证.应用图像噪声的多阶偏导数的高斯分布特性和图像梯度值服从hyper-Laplacian分布特性建立方程,使用高效交替迭代的算法对方程求解.由于迭代过程中采用快速傅里叶变换一次求解,故大大降低了运算时间,同时获得了很好的恢复效果,为实现实时视频图像去模糊奠定了基础.对一个百万像素级的图像进行了去模糊实验,结果显示,本文算法比当前流行的算法有更快的计算速度和更好的鲁棒性,计算时间缩短了60% .提出的算法为视频图像的实时盲恢复提供了新的工具.

光学遥感的邻近效应可以看作大气点扩散函数(PSF)和地表辐射场的卷积, 通过逆向蒙特卡罗法模拟大气PSF, 利用辐射传输模型MODTRAN计算地表辐射场, 获得遥感器入瞳处的辐亮度值.开展不同对比度目标背景物在典型条件下的邻近效应模拟与分析, 结果显示: 目标和背景的反射率分布对邻近效应影响很大, 背景反射率越大, 邻近效应占总辐射的比例越高; 暗目标在亮背景下的邻近效应明显大于亮目标在暗背景下的邻近效应; 固定成像高度和区域, 空间分辨率越高, 邻近效应越明显; 地面气象视距对邻近效应的影响非常显著, 气象视距增大, 邻近效应减弱; 太阳天顶角增大, 邻近效应减弱.模拟结果为高分辨率光学遥感成像系统高精度建模和邻近效应校正算法研究提供了依据.

基于模糊图像的退化过程、卷积模糊模型和模糊图像生成的机理, 提出一种基于L0范数的正则化模糊核估计方法, 解决了遥感图像重建问题中0范数难求解的难题。该方法以模糊核稀疏性为先验知识, 采用对应梯度的L0范数为正则项, 有效避免了细小边缘对模糊核估计的影响, 使得模糊核的估计更加准确。进一步采用超拉普拉斯分布来近似图像梯度的重尾分布, 利用L0.5范数正则化对模糊图像做反卷积, 从而恢复出原始图像。与传统方法相比, 本文方法可以准确地估计出图像的模糊核, 很好地抑制恢复图像的振铃现象, 有效地提升遥感图像的质量。模糊图像以及各方法重构图像在同一刀刃下的调制传递函数(MTF)曲线显示, 本文方法的MTF曲线得到了较好的提升。