马一哲 1,2,3王世勇 1,2,3雷腾 1,2,3李博翰 1,2,3李范鸣 1,2,3,*
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术实验室，上海 20008
分焦平面偏振探测系统受其探测器结构的影响，成像分辨率低于探测器实际分辨率，本文在不改变光学系统结构下使用微扫描获取亚像元微位移帧序列，提出一种改进的凸集投影(Projection On Convex Sets, POCS)算法用于提升偏振成像系统的成像分辨率。该算法首先对获取到的偏振微扫描图像序列进行检偏角分离，将同组检偏角图像序列作为输入，其次进行位移匹配与凸集投影迭代初步重建高分辨率图像，然后将图像分组进行滑动窗口非邻域聚类，利用主成分分析将聚类后的图像进行降维，最后将每一维信息视为时间采样函数，在小波域进行软阈值降噪。实验表明，本算法可以有效的提高传统POCS算法的抗噪性能，提高分焦平面偏振探测系统的成像分辨率，和同类算法相比结构相似性系数提升0.02，峰值信噪比提升约1 dB，并且拥有更高的噪声鲁棒性。
偏振 图像超分辨率重建 凸集投影 微扫描 polarization super-resolution image reconstruction POCS micro-scanning 光学 精密工程
2023, 31(16): 2418
传统的亚毫米波成像算法可以对待测目标成像, 但是, 一方面,由于成像系统的低通特性, 损失信号中的高频分量, 造成图片细节部分的缺失; 另一方面, 在信号处理过程中由于波瓣展宽, 各像点发生混叠引起模糊。针对传统算法存在的成像清晰度差和分辨率低等缺点, 提出了一种基于改进凸集投影(POCS)的亚毫米波成像超分辨率算法, 该算法利用双线性插值获得高分辨率初始图像, 并对初始图像进行迭代修正, 引入自适应校正阈值, 利用边缘强度的大小动态调整校正阈值, 从而达到精确高分辨率复原的目的。仿真实验结果表明, 该算法能够较为精确地修正图像的像素, 提高成像图片的分辨率和清晰度。
全息成像 凸集投影 超分辨率 边缘检测 holographic imaging Projections Onto Convex Sets (POCS) super-resolution edge detection
1 西安工业大学 光电工程学院,陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室,西安 710021
2 中国兵器科学院宁波分院,浙江 宁波 310022
为提高数字全息显微系统的重建效果,将凸集投影算法应用于数字全息中,以实现数字全息的超分辨重建.首先,在数字全息和凸集投影法的理论基础上,搭建透射式离轴数字全息显微实验光路.然后,利用分辨率板验证凸集投影法在全息图超分辨率复原中的有效性.最后,通过微透镜阵列验证该方法在三维重建中的可行性.将参考全息图的三维重建结果,分别与低分辨率全息图和超分辨率复原全息图的重建结果进行残差估计.结果表明,后者残差的峰谷值和均方根值相比前者分别降低了36.88%和70.66%,证明该方法能够实现数字全息的超分辨重建.
光学测量 数字全息 凸集投影 角谱法 超分辨技术 Optical testing Digital holography Project onto convex set Angular spectrum Super resolution algorithm 光子学报
2019, 48(10): 1009001
杭州电子科技大学 自动化学院, 杭州 310018
为了提高遥感图像空间域重建质量, 采用改进凸集投影(POCS)算法的点扩散函数, 提出了一种改进的POCS超分辨率重建算法。首先给出POCS算法基本原理以及具体实现步骤, 在此基础上对算法做出改进, 即对待重建的高分辨初始帧进行边缘检测, 对检测到的边缘像素点应用改进的点扩散函数(PSF), 使边缘处像素点对应的PSF水平方向与垂直方向系数依据边缘斜率变化而设置不同的权重; 最后分别采用两组数据集对改进POCS算法的有效性进行验证。结果表明, 该改进的POCS算法有效地提高了图像重建的效果, 两组实验平均绝对误差效果分别提升了0.79%和0.26%, 达到了提高图像重建质量的目的。该算法具有较好的实际应用价值。
图像处理 超分辨率 凸集投影 点扩散函数 边缘检测 image processing super-resolution projection onto convex set point spread function edge detection
北京理工大学 光电学院 光电成像技术与系统教育部重点实验室，北京 100081
为了解决水下激光距离选通图像成像过程中退化模型复杂的难题，提出了利用连续帧图像估计点扩散函数的距离选通超分辨成像方法。首先，从连续帧图像中选取一帧为参考帧作为初始清晰图像，下一帧图像为模糊图像，用梯度约束的方法求出点扩散函数，用于优化清晰图像;然后，依次将后续帧图像当作模糊图像与清晰图像交替迭代求取点扩散函数并优化更新清晰图像;最后获得的清晰图像与参考帧图像用乘法更新的方法估计点扩散函数，结合凸集投影法算法进行超分辨率成像重建。仿真实验结果表明，改进的算法重建图像分辨率和质量明显优于原始的算法。
水下图像 超分辨率重建 点扩散函数 凸集投影法 underwater image super resolution reconstruction point spread function projection onto convex sets
高空间分辨率的热红外图像能够提供更多关于目标场景的细节信息，因而在 计算机视觉、医学和遥感等诸多领域有着广泛的应用需求。由于通过提升热红外相机硬件性 能的方式往往需要付出高昂的代价，因此我们选择通过超分辨率重建的方式来提高热红外图像的空间分辨 率。本文所重建的热红外图像来源于舟山航拍试验，所用热红外相机由自主设计搭载。分别采 用凸集投影法和迭代反投影法对热红外序列图像进行了超分辨重建。实验结果表明，这两种算 法均能有效提高热红外图像的空间分辨率。
超分辨率重建 热红外图像 凸集投影法 迭代反投影法 super-resolution reconstruction thermal infrared image Projection onto Convex Sets Approach algorithm iterative back-projecting algorithm
红外成像技术以其诸多优点成为智能化光电探测方面的主流研究方向，然而，红外弱小目标图像却有细节特征少、信噪比低等特点，因此考虑到使用超分辨率复原算法对其进行复原，为图像提供更多的细节信息。本文分析了凸集投影法的基本原理，针对其运行时间长的特点，提出了改进算法。首先用直方图拟合的方法选择出目标区域，然后在目标区域内进行超分辨率复原，区域外使用双线性插值。最后对3组低分辨率图像，每组五帧，用该方法进行验证。从实验结果可以看出，计算速度分别提升了15.6%、45.5%和46.5%。因此，这种方法能够有效地缩短超分辨率复原算法的处理时间。
红外弱小目标 凸集投影法 区域选择 infrared dim-small target projection onto convex sets region selection
天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
研究了稀疏计算层析成像重构中的迭代去噪模型及其求解算法, 理论推导及模拟实验验证了代数重构技术的抑噪能力.根据稀疏计算层析成像成像过程的噪音特征, 提出了基于欧氏范数不等式约束和基于无穷范数不等式约束的去噪模型.提出了基于凸集投影方法求解去噪模型的算法, 并给出了算法推导过程.结果表明: 欧氏范数去噪模型优于无穷范数去噪模型, 代数重构技术具有抑制噪音的作用.
医用光学 迭代方法 稀疏计算层析成像 重构去噪方法 凸集投影方法 Medical optics Iterative method Sparse computed tomography Reconstruction denoising method Projection onto convex sets
1 91404部队93分队，河北 秦皇岛 066001
2 96531部队55分队， 河南 焦作 454150
在研究和分析凸集投影(Projection Onto Convex Sets, POCS)法的基础上，提出了一种改进的图像超分辨率重构算法。该算法充分利用空域确定模型，通过平滑降噪处理，经运动估计进行配准;突出数字图像细节信息的同时，有针对性地修改点扩散函数(Point SpreadFunction, PSF)取值，通过有效抑制边缘Gibbs现象获得最佳质量的高分辨率重构图像。对重构后的红外图像质量进行了定量评价。结果表明，图像质量取得了预期的效果。该技术在红外目标识别与跟踪、红外侦察与反侦察、舰船红外目标特性研究、高清数字图像处理、旧视频翻录和生物信息提取与识别等方面具有重要的应用价值。
边缘Gibbs现象 凸集投影 超分辨率 红外图像 marginal Gibbs phenomenon POCS super-resolution infrared image
1 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所, 河南 洛阳 471000
2 光电控制技术重点实验室, 河南 洛阳 471000
3 空装重点型号部, 北京 100843
超分辨率图像复原技术在不改变硬件的条件下可提高成像系统获取图像的分辨率.研究了图像退化机理,建立了精确的图像退化过程模型,提出一种改进的混合MAP-POCS复原算法,将POCS的凸集约束条件加入到MAP估计过程中.运用峰值信噪比(PSNR)等评价手段对复原图像进行质量评价.仿真结果表明,改进的混合复原算法能够有效地保证复原求解的收敛性并保持复原图像的边缘细节,提升了超分辨率的复原效果.
图像复原 图像处理 超分辨率复原 退化模型 凸集投影 image restoration image processing super-resolution restoration degradation model projection onto convex sets
