大气湍流参数对图像退化效果影响的研究

合集下载

关键湍流大气光学参数测量方法与技术研究的开题报告

关键湍流大气光学参数测量方法与技术研究的开题报告一、论文选题背景与意义近年来，光学遥感技术在大气环境监测和天文观测等领域得到了广泛应用。

然而，大气光学扰动——湍流，对光传输造成的衍射、散射、吸收等影响是不可避免的。

由于湍流的非线性特性和随机性，它对光的传输常常表现为空间和时间上的不规则变化。

这不仅给地面光学设备制造和光学遥感技术应用带来了挑战，也给天文望远镜的高精度测量和图像采集带来了很大的困难。

关键湍流是大气中产生湍流的主要动力学机制。

研究表明，关键湍流和湍流视场参数之间有着很强的相关性。

因此，在大气光学研究中，关键湍流视场参数的测量和研究具有非常重要的意义。

本论文旨在探究关键湍流视场参数的测量方法与技术，以提高湍流光学扰动对光传输的影响预测和控制水平，从而为光学设备制造和光学遥感技术应用乃至天文观测等领域提供有力的支撑。

二、主要研究内容与技术路线本论文的主要研究内容包括：1. 关键湍流视场参数的理论研究，包括湍流视场波谱、湍流相干长度等参数的定义和推导；2. 关键湍流视场参数的测量方法与技术研究，包括基于自相似性理论的自回归模型法、时间延迟多普勒速度传感器法等方法的原理分析和实验研究；3. 关键湍流视场参数的应用研究，包括大气透明度的预测和控制、光学设备制造和光学遥感技术的优化设计等方面。

本论文的技术路线如下：1. 理论研究与文献综述。

根据国内外关于关键湍流视场参数的研究现状和进展，总结和分析其理论基础和关键技术，明确研究方向和目标；2. 实验设计与数据采集。

根据自回归模型法、时间延迟多普勒速度传感器法等关键湍流视场参数测量方法的原理和特点，设计并构建实验平台，采集关键湍流视场参数的相关数据；3. 数据处理与分析。

选用MATLAB等数据处理和分析软件对实验数据进行处理和分析，得出关键湍流视场参数的定量化结果，并进一步对测量精度和可靠性进行评估和优化；4. 结果展示与应用。

根据关键湍流视场参数的实际应用需求，以大气透明度预测和控制、光学设备制造和光学遥感技术优化设计为例，将研究结果进行展示和应用。

基于序列图像的湍流退化图像复原方法研究

第３卷第２５期
２１年６０２月
长春理工大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆａｇｈｎＵｎｖｒｉｆｃｅｃｎｅｈｏｏｙ（ｔｒｌｃｅｃｄｔｎｏｒａｏＣｈｎｃｕｉｅｓｙｏＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇＮａｕａｉｎｅＥｉｏ）ｔＳｉ
ＡｔｏｐｒｃＴｕｂｕｅｃｓｏｔｄｍａｅＲｅｔｒｔｏｍｓｈｅｉｒｌｎｅＤｉｔｒｅＩｇｓｏａｉｎ
ＢａｅｎＩａｅＳｑｎｅｓｄｏｍｇｅｕｅｃ
ＺＨＵｎ，ＺＹａＨＡ０ｎ，ＹＡＮＧｉｈａＧＡＯｎＸｉＪｎｕ，Ｆｅｇ，ＷＡＮＧｈｏｉＺａｙ
校正。
根据序列图像相邻图像相关性较大，图像问信息互补等特点，常可将序列图像配准方法分为参通
Ｋｅｒｓ：ａｍｏｐｅｉｔｒｕｅｃ；ｉｇｅｕｎｅＢ一＠ｌｅｏ－ｒｉｅｉｔａｉｎ；ｆｔｒｙｗｏｄｔｓｈｒｃｕｂｌｎｅｍａｅｓｑｅｃ；ｉ，ｎｎｉｄｒｇｓｒｔｏｎｇｉｅｌ
受大气湍流的影响，气折射率发生着不规则大变化，致光通过大气传播后的路径发生改变，导 Байду номын сангаас
Ａｂｔｃ：Ｔｈｓａｅｐｏｏｅａｓｒｔａｉｐｐｒｒｐｓｄｍｅｈｄｆｔｏｐｅｉｔｒｕｅｃｄｓｏｔｄｍａｅｗｈｃｉｂｓｄ１ｉｇｓ — ｔｏｏａｍｓｈｒｃｕｂｌｎｅｉｒｅｉｇｓｔｉｈｓａｅ０１ａｍａｅｅ — ｑｅｃ．ＴｈｓｍｅｈｄｓｄＢｐｉｅｎｎｉｉｒｇｓｒｔｎｌｃｎｌｇｏｅｔｒｔｅｉｇｄｆｒｔｎｃｕｅｙｔｕｎｅｉｔｏｕｅａｓｌｏ —ｒｄｅｉｔａｉｅｈｏｏｙｔｒｓｏｅｈｍａｅｅｏｍａｉａｓｄｂａ— ｎｇｏｏｍｏｐｅｉｕｂｌｎｅａｄｆｔｒｔｌｎｔｓｔｅｒｍａｎｎｏｓｎｍａｅ，ａｄｔｅｈｅｒｄｄｉｇｓａｅｒｓｏｅ．ｓｈｒｔｒｕｅｃｎｉｅｓｏｅｉａｅｈｅｉｉｇｎｉｅｉｉｇｓｎｈｎｔｅｄｇａｅｍａｅｒｅｔｒｄｃｌｍｉＥｘｅｉｎｓｓｏｄｔａｈｅｈｄｎｔｉｐｐｒｃｎｒｓｏｅｔｒｕｅｃ —ｄｇａｅｍａｅｌｐｒｍｅｔｈｗｅｈｔｔｅｍｔｏｉｈｓａｅａｅｔｒｕｂｌｎｅ — ｅｒｄｄｉｇｓｗｅ１．

基于大气湍流光学传递函数的图像复原

基于大气湍流光学传递函数的图像复原【摘要】本文讨论了大气湍流的光学传递函数，基于大气湍流中图像降质的先验知识，对湍流模糊图像逆滤波复原和维纳滤波复原进行了仿真实验。

【关键词】大气湍流光学成像点扩散函数图像复原1 大气湍流运动导致大气折射率的随机变化引起光束抖动、强度起伏（闪烁）、光束扩展和像点抖动等一系列光传输的大气湍流效应大气湍流导致的最常见且明显的光传输效应是光闪烁与光像抖动。

湍流畸变图像中含有成像系统物体的衍射极限信息，研究光学系统在各类湍流环境和系统结构条件的成像规律和像场所含有物信息细节的极限，是图像恢复研究领域的基本问题。

2 大气湍流的光学调制传递函数设物体的光强分布是坐标的函数，是观察瞬时像的光强分布，其也是的函数。

一个长曝光像可认为是的系综平均。

设物体位于处，由于天文像是完全非相干的，故与之间满足线性关系。

我们进一步假定大气成像系统是平移不变的，即大气成像系统是等晕的，这个假定是指在接收系统全视场内湍流平均效应是相同的。

这样，与之间满足卷积关系。

定义像的二维复傅里叶变换在傅里叶频率空间中这里是大气成像系统的光学传递函数OTF。

为了用波结构函数表示OTF考虑一个非常远的准单色光平面波垂直入射到透镜上。

在有大气湍流时，入射到非均匀介质上的平面波在介质内传播，最终落到透镜上的是一个受到扰动的波。

入射到透镜上的场可以表示为。

式中，是入射平面波的光强，和S是Rytov近似下的高斯随机变量。

在各态历经假设下，式中即不存在湍流时光学系统的OTF，而是大气的长曝光OTF。

和S均服从高斯统计，故总平均OTF的形式为：式中，假定无扰动的光学系统的OTp退化数学模型的空域、频域表达形式分别是：其中：、、、分别为观测的退化图像、模糊函数、原图像、加性噪声，*为卷积运算符，（x=0，1，2，…，M-1），（y=0，1，2，…，N-1）。

根据导致模糊的物理过程，大气湍流造成的传递函数OTF其中c是与湍流性质有关的常数，依赖于扰动的类型，通常由实验方法寻求。

气象测绘中的大气湍流影响与校正方法解析

气象测绘中的大气湍流影响与校正方法解析引言：气象测绘是研究大气现象的科学领域，通过观测和记录天气条件、气候模式和气候变化以及其他与大气有关的参数，从而帮助我们理解和预测天气情况。

然而，大气湍流是一种不可忽视的因素，它对气象测绘的精确度和准确性产生着重要影响。

本文将解析大气湍流的影响以及相应的校正方法。

一、大气湍流的概念与特征大气湍流是大气中流速和温度等物理量的不规则、随机的空间和时间变化。

它是由于地表和大气层之间的动量和能量交换而产生的。

大气湍流的特征包括涡旋、旋涡、不规律性和随机性。

这种不可预测性使得气象测绘中的精确度存在困难。

二、大气湍流对测绘结果的影响1. 测量仪器性能：大气湍流会对测量仪器的工作稳定性产生影响，使得测绘结果具有一定的误差。

例如，它会导致测量传感器的抖动，进而影响气温、湿度以及风向风速等参数的测量准确性。

2. 数据采集和处理：大气湍流使得气象测绘中的数据采集和处理变得复杂。

传感器在不同位置和时间的测量值会出现明显的差异，这导致了数据的不一致性和不可靠性。

因此，需要进行相应的数据处理和校正。

三、大气湍流校正方法1. 模型模拟：基于数学模型来模拟大气湍流现象是一种较为常见的校正方法。

通过收集气象数据并结合统计推断和计算流体力学原理，可以建立适当的模型来预测和校正大气湍流的影响。

这种方法具有一定的可行性，但在实际应用中仍存在一定的限制。

2. 传感器技术改进：改进和更新测绘传感器的技术是另一种校正大气湍流的方法。

例如，采用更灵敏的传感器和传感器阵列来提高测量的空间分辨率和时间分辨率，从而减小大气湍流对测绘结果的影响。

此外，使用先进的数据处理算法和技术，可以提高数据精度和准确性。

3. 参考站点矫正：通过选择并设置合适的参考站点来校正大气湍流的影响。

参考站点应具有代表性，在地理分布、气候特征和观测仪器等方面与目标站点相似。

通过收集参考站点和目标站点的数据进行对比和校正，可以减小大气湍流对测绘结果的影响。

基于生成逆推的大气湍流退化图像复原方法

基于生成逆推的大气湍流退化图像复原方法崔浩然;苗壮;王家宝;余沛毅;王培龙【期刊名称】《计算机应用研究》【年(卷),期】2024(41)1【摘要】大气湍流是影响远距离成像质量的重要因素。

虽然已有的深度学习模型能够较好地抑制大气湍流引起的图像像素几何位移与空间模糊,但是这些模型需要大量的参数和计算量。

为了解决该问题,提出了一种轻量化的基于生成逆推的大气湍流退化图像复原模型,该模型包含了去模糊、去偏移和湍流再生成三个核心模块。

其中,去模糊模块通过高维特征映射块、细节特征抽取块和特征补充块,抑制湍流引起的图像模糊;去偏移模块通过两层卷积,补偿湍流引起的像素位移;湍流再生成模块通过卷积等操作再次生成湍流退化图像。

在去模糊模块中,设计了基于注意力的特征补充模块,该模块融合了通道注意力机制与空间混合注意力机制,能在训练过程中关注图像中的重要细节信息。

在公开的Heat Chamber与自建的Helen两个数据集上,所提模型分别取得了19.94 dB、23.51 dB的峰值信噪比和0.688 2、0.7521的结构相似性。

在达到当前最佳SOTA方法性能的同时,参数量与计算量有所减少。

实验结果表明,该方法对大气湍流退化图像复原有良好的效果。

【总页数】6页(P282-287)【作者】崔浩然;苗壮;王家宝;余沛毅;王培龙【作者单位】陆军工程大学指挥与控制工程学院【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于字典学习的大气湍流退化图像复原技术应用2.基于非负支持域递归逆滤波技术的湍流退化图像复原算法3.基于改进湍流模型和偏振成像技术的水下退化图像复原方法4.基于改进湍流模型和偏振成像技术的水下退化图像复原方法5.基于多尺度生成对抗网络的大气湍流图像复原因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

图像恢复盲解卷积之文献综述

图像恢复盲解卷积之文献综述摘要:本文对近20年图像恢复的相关算法做了综述,最后寻找一种更适合针对大气湍流造成的图像质量退化的图像进行复原的方法,在处理效果上更进一步,并且能针对多帧图像进行修复。

关键词:图像恢复盲解卷积PSF1 课题的研究意义由于大气湍流扰动的影响,使得探测器(如地基天文望远镜、卫星成像探测装置等)获取的图像质量退化,甚至严重影响对目标的识别和检测。

为了解决因大气湍流造成的图像退化问题,近几十年来已发展了多种技术方法,主要包括空间望远镜、自适应光学和事后处理等三种方法。

目前检索的国外资料以天文望远镜应用居多,用于解决大气扰动对成像观测的影响。

由于原理相同,图像解卷积方法同样可应用于空间对地遥感领域,以解决环境扰动或自身形变对成像观测的影响。

由于大气湍流扰动以及成像设备分辨率的限制,使得探测器获取的图像质量退化,甚至严重影响对遥感影像的识别和判读。

但是,通常人们很难获得遥感影像获取时刻成像过程的点扩散函数,并且,在当前的技术条件下,大气湍流被认为是高度随机的,很难建立一个准确的数学模型。

因此,采用盲解卷积的方法来获取高清晰的遥感影像就成为一种常用方法。

通常图像恢复方法均在PSF已知下进行,实际上它通常是未知的。

盲解卷积算法恢复是利用原始模糊图像,同时估计PSF和清晰图像的一种图像恢复方法。

盲解卷积并不是真的“盲”,通常还需要一些额外的信息,例如一些约束条件,能量约束,非负约束等。

利用仅有的一些信息,进行最优化运算,获得目标图像。

2 盲解卷积算法盲解卷积算法主要有两大类。

第一大类是先对点扩展函数PSF进行估计,然后再用传统的图像恢复方法对图像进行恢复。

这种方法的最大优点是计算比较简单。

第二大类是将估计与算法合并,同时获得估计的PSF和目标图像值。

该方法的应用面较之第一种方法要广,但计算比较复杂。

经搜索资料知,现有的盲解卷积算法比较多,主要有:空间域迭代盲目去卷积、利用傅里叶变换的迭代盲目去卷积、最大似然估计方法、模拟退火方法以及最小熵方法等。

基于大气调制传递函数的天气退化图像复原方法研究

摘要：描述了天气退化图像形成的原因，及其复原原理，并基于大气调制传递函数建立了图像退化的物理模型，阐述了大气调制传递函数及其两个分量湍流调制传递函数
和气溶胶调制传递函数的预测方法，用得到的大气调制传递函数的估计值，利对天气退
化图像进行复原，仿真结果表明了该方法能够有效地对天气退化图像进行复原．
－
４０・
沈阳理工大学学报
２００６钲
光能的特性．通常情况下，它大于０小于１这只是，
体现光能分配的改变，而不是光能的损失．在使用摄像系统拍摄户外景物图像时，响图像质量影的因素主要有摄像系统本身造成的衰减和天气情
２大气调制传递函数预测
Ｏｃ２００６Ｌ来自文章编号：０３—１５（０６）５— ０９—０１０２１２０００３４
基于大气调制传递函数的天气退化图像复原方法研究
董涛，董慧颖
（阳理工大学信息科学与工程学院，沈江宁沈阳ｌ０６）１１８
收稿日期：０５—１一ｌ２０１５
作者简介：董涛（９Ｏ）男，１８一，辽宁沈阳人，硕士研究生．
是光学系统的性能评价指标，于一个光学系Ｊ对统，调制传递函数用一个函数来表达系统中分配
维普资讯
调制传递函数。利用已知的影响成像质量的天气易获取的．因素和摄像系统的性能参数求出大气调制传递函２１湍流调制传递函数预测．数，将其作为退化函数，对退化图像进行复原滤

基于大气湍流的光学成像系统性能研究

基于大气湍流的光学成像系统性能研究随着科技的不断进步，光学成像系统在现代生活中的应用越来越广泛。

然而，由于大气湍流对光传输的影响，光学成像系统的性能往往会受到限制。

因此，人们对于基于大气湍流的光学成像系统性能进行研究成为了一个热门的课题。

大气湍流是指大气中因温度、压力和湿度等参数的不均匀性所引起的气流的不规则运动。

这种运动往往会导致光的传输受到湍流涡旋的扰动，使光的传输路径发生弯曲、偏移和增加相位差等现象，从而影响光学成像系统的成像质量。

为了研究基于大气湍流的光学成像系统性能，科学家们采取了多种手段和方法。

其中，一种常用的方法是通过数值模拟进行研究。

科学家们根据湍流的运动特性，建立了合适的数学模型，利用计算机进行模拟计算，得到了光学传输路径的扰动情况，从而研究光学成像系统的成像质量。

这种方法具有灵活性强、成本低等优点，可以帮助科学家们更好地理解大气湍流对光学系统的影响。

另一种常用的方法是通过实验研究。

科学家们利用气象球、激光测风仪等仪器设备，对大气湍流进行实时监测和测量。

通过这些实验数据，科学家们可以获得大气湍流的运动特性和变化规律，进而研究光学传输路径的扰动情况。

这种方法具有直观性强、可靠性高等优点，可以为实际应用提供可靠的数据支持。

基于大气湍流的光学成像系统性能研究不仅仅可以帮助科学家们更好地了解大气湍流对光学系统的影响，还对于提高光学成像系统的成像质量具有重要意义。

在军事、遥感、天文等领域，光学成像系统常常需要在复杂的大气湍流环境中工作。

如果能够深入研究大气湍流对光学系统的影响，并根据研究结果进行系统优化和改进，就可以显著提高光学成像系统的成像精度和稳定性。

值得注意的是，基于大气湍流的光学成像系统性能研究还面临一些挑战和难题。

首先，湍流现象十分复杂，涉及的参数和变量众多，研究难度较大。

此外，湍流的运动特性和变化规律也存在一定的不确定性，对于系统性能的研究提出了一定的挑战。

因此，科学家们仍然需要继续努力，开展更深入、更广泛的研究，为基于大气湍流的光学成像系统性能提升提供更为有效的解决方案。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

析。采用包含湍流内外尺度影响的波结构函数、折射率谱以及成像系统退化函数的改进的 Kolmogorov 谱湍流退化模型，该
模型引入更完整的先验约束条件，更接近于大气湍流的物理特性。通过该退化模型对大气湍流相关参数进行仿真研究，对
图像退化进行理论描述，总结了对图像退化影响的主要的大气相关参数。对进行湍流相关参数的测量和湍流退化图像校正
的复原算法的研究具有重要意义。实验结果表明大气相干长度和格林伍德频率是影响图像退化主要的大气湍流相关参数。
关键词：大气湍流；图像退化；大气相干长度；格林伍德频率
中图分类号： TP391
文献标识码：A
文章编号：1672-9870（2018）04-0095-05
Research On Influence of Atmosphers on Image Degradation
ZOU Hao，LI Qingyao，ZHAO Qun，WANG Jianying，LIU Zhichao，YANG Jinghua
（School of Optoelectronic Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）
邹皓，李清瑶，赵群，王建颖，刘智超，杨进华
（长春理工大学光电工程学院，长春 130022）
摘要：对远处目标进行观测时，大气湍流是影响成像质量的主要因素，使得观测到的目标图像是严重抖动和模糊的。研
究几种大气相关参数对图像退化的影响，总结了影响图像退化的主要的大气湍流相关参数，对退化图像的特征进行了分
第 41 卷第 4 期 2018 年 8 月
长春理工大学学报（自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition）
Vol.41 No.4 Aug.2018
大气湍流参数对图像退化效果影响的研究
图像质量的下降，会造成有价值信息的丢失。在遥感、天文观测、交通监控等一些情况下所获得的退化图像，如果信息丢失就会造成巨大的损失，所以有效复原退化图像是至关重要的。其中目标通过大气湍流成像必然会受到大气湍流的影响。在成像过程中，大气湍流随机地干扰图像成像，使成像焦平面
产生像点强度分布扩散、峰值降低、图像模糊和位置偏移等气动光学效应，给目标识别带来了很大的困难。大气湍流退化图像的复原是一个世界性难题，它的研究富有挑战性。近 50 年来，人们对湍流的认识越来越深入，最突出的是发现了湍流是多尺度有结构的不规则运动［1，2］。这为大气湍流的仿真研究
Abstract：When observing distant targets，atmospheric turbulence is the main factor affecting the imaging quality，making the observed target images are severely shaking and fuzzy. In this paper，the effects of several atmospheric parameters on image degradation are studied. The main parameters of atmospheric turbulence affecting image degradation are summarized and the characteristics of the turbulent image are analyzed. The newmodel is derived from the wave structure function and refractive index profiles considering turbulence internal and external scale and thin lens imaging degradation function. Compared with the model derived from Kolmogorov spectrum， more complete transcendent constraints is introduced in the new model，and the model is more similar to the physical characteristics of atmospheric turbulence. The degradation model is used to simulate the atmospheric turbulence related parameters，the image degradation is theoretically described，and the main atmospheric parameters of image degradation are summarized. It is of great significance for the study of the recuperation algorithm of further turbulence correlation parameters and the image correction of turbulence degradation. The results of the experiment show that the atmospheric coherent length and greenwood frequency are the main parameters of atmospheric turbulence affecting image degradation. Key words：atmospheric turbulence；image degradation；atmosphere coherent length；Greenwood frequency