基于估计点扩展函数值的湍流退化图像复原
大气湍流退化图像的复原研究
大气湍流退化图像的复原研究
李庆菲;朱志超;方帅
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(034)001
【摘要】大气湍流退化图像的复原在航天成像、天文观测等领域具有重要的地位,也是目前急需解决的问题.该问题的解决能够克服大气湍流扰动带来的图像降晰和提高目标图像的分辨能力,以便后续的目标特征提取和识别等处理.文章提出将大气湍流的光学传递函数应用在迭代盲目反卷积图像复原算法上,使图像达到更好的复原效果.研究表明,此复原方法可以更有效地应用于大气湍流退化图像的复原.
【总页数】4页(P80-82,127)
【作者】李庆菲;朱志超;方帅
【作者单位】合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,计算机与信息学院,安徽,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73
【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 [J], 徐玉蕊;刘乐;王刚刚;侯阿临
2.大气湍流退化图像多帧盲复原 [J], 杨彦伟;徐蓉;牛威;麻蔚然;甘宸伊
3.大气湍流参数对图像退化效果影响的研究 [J], 邹皓;李清瑶;赵群;王建颖;刘智超;杨进华
4.稀疏先验型的大气湍流退化图像盲复原 [J], 周海蓉;田雨;饶长辉
5.基于加速正则化RL算法的大气湍流退化图像盲复原方法 [J], 李勇;范承玉;时东锋
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改进极大似然估计大气湍流图像复原算法
改进极大似然估计大气湍流图像复原算法张丽娟;邱欢;殷婷婷;刘颖【摘要】Zernike polynomial is applied for wavefront reconstruction which is taken as the initial value of the point spread function.With the prior information of images and the improved maximum likelihood estimation, experiment is carried for simulation of turbulence degraded images restoration.The results indicate that image gray mean gradient is obvious improved compared with that of Lucy-Richardson and blind deconvolution algorithm.%采用Zernike多项式进行波前复原,并作为点扩散函数的初值,结合图像先验信息和参数估计改进最大似然估计法,对模拟的湍流退化图像进行复原实验.实验结果表明,相比于Lucy-Richardson和盲卷积算法,该算法复原后图像的灰度平均梯度有明显提高.【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】7页(P31-37)【关键词】大气湍流;自适应光学;波前复原;点扩散函数;极大似然估计【作者】张丽娟;邱欢;殷婷婷;刘颖【作者单位】长春工业大学计算机科学与工程学院, 吉林长春 130012;长春工业大学计算机科学与工程学院, 吉林长春 130012;长春工业大学计算机科学与工程学院, 吉林长春 130012;吉林财经大学管理科学与信息工程学院, 吉林长春130117【正文语种】中文【中图分类】TP391自适应光学(Adaptive Optics， AO)系统在成像过程中受大气湍流效应影响，光波折射率会在传播路径中发生随机变化，使波前产生严重畸变，导致观测到的目标图像模糊或退化[1]。
水下湍流成像退化及优化恢复研究
水下湍流成像退化及优化恢复研究谌雨章;叶婷;程超杰;杨婉璐【摘要】为了全面且针对性地研究水下湍流成像的退化因素,同时优化相应图像恢复算法,搭建了一个可控湍流条件和重复使用的水下成像实验系统,利用循环水泵控制实验水箱中湍流的强度,气泡发生器制造微气泡,图像传感器获取不同条件下的正弦条纹目标板的成像结果.研究了流速场、程辐射和流体介质对水下成像的影响,结合图像复原和超分辨率重建技术,比较了基于三种退化因素的调制传递函数(MTF)的差异和适用性.结果表明,湍流流速场在低空间频率段造成MTF快速下降,程辐射和流体介质则会导致高空间频率的调制对比度减小;在水下湍流退化图像恢复中,湍流流速场的MTF适合图像复原,程辐射和流体介质的MTF适合图像重建.【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2018(045)012【总页数】11页(P52-62)【关键词】海洋光学;调制传递函数;图像复原重建;超分辨率【作者】谌雨章;叶婷;程超杰;杨婉璐【作者单位】湖北大学计算机与信息工程学院,湖北武汉430062;湖北大学计算机与信息工程学院,湖北武汉430062;湖北大学计算机与信息工程学院,湖北武汉430062;华中科技大学计算机科学与技术学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P733.3+1;TP391.411 引言上世纪70年代，光学湍流被提出是影响水下光学系统的因素之一[1]，到如今，水下成像技术已经被广泛地应用于水下地形勘测和水下地貌观测等领域。
在自然静态水体中，悬浮颗粒的散射和吸收特性是造成水下图像退化的主要因素，这个影响因素使得水下可见范围最长才达到几十米，导致水下操作困难。
在自然水体环境下，高频随机运动的湍流会对成像产生严重的影响，水下可见距离会进一步缩小，并导致水下成像质量降低，这与静态水体中的成像结果相差甚远。
因此，深入研究水下湍流是很有必要的。
关于大气湍流的研究和技术都已经趋于成熟，相比之下，对水下湍流的关注较晚。
基于点扩散函数估计长曝光大气湍流图像复原
基于点扩散函数估计长曝光大气湍流图像复原
徐丹青;安博文;赵明
【期刊名称】《现代计算机（专业版）》
【年(卷),期】2018(000)024
【摘要】在大气介质中工作的光学成像设备因为受到大气湍流的影响,获取的图像存在抖动、畸变、模糊以及光照不均等影响.在遥感、天文观测以及远程监视等领域需要对这一类的退化图像进行处理以求获得清晰图像.利用大气湍流退化的点扩散函数可以对模糊图像进行复原,但在实际的情况下,点扩散函数通常无法精确获得.结合研究背景,先针对长曝光大气湍流退化图像使用APEX算法,并通过结合图像的频谱特征对APEX算法中的点扩散函数(PSF)估计过程进行改进,通过该方法可以较为精确地获得大气湍流模型的点扩散函数(PSF),然后优化拟合算法,恢复出的图像可以拥有较为良好的视觉效果,通过对比改进前后图像的灰度平均梯度值和拉普拉斯梯度模这两个客观评价标准,进一步验证该方法的有效性.
【总页数】6页(P60-64,71)
【作者】徐丹青;安博文;赵明
【作者单位】上海海事大学信息工程学院,上海 201306;上海海事大学信息工程学院,上海 201306;上海海事大学信息工程学院,上海 201306
【正文语种】中文
【相关文献】
1.改进极大似然估计大气湍流图像复原算法 [J], 张丽娟;邱欢;殷婷婷;刘颖
2.基于点扩散函数的散焦图像复原及其效果比较 [J], 殷惠莉;杜娟;梁睿
3.基于FPGA的实时大气湍流图像复原算法及实现 [J], 李亚伟;张弘;伍凌帆;杨一帆;陈浩
4.基于最优费米函数的点扩散函数求取与图像复原 [J], 方明;王成;尹大力
5.大气湍流对长曝光和短曝光条件下分辨率与像斑半径的影响 [J], 马雪莲
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湍流图像退化复原
湍流退化图像复原1、引言由于人类活动和太阳辐照等因素引起了大气温度的变化，这一温度变化又引起了大气密度的随机变化，导致大气折射率发生随机变化，从而产生了对光学系统对目标的成像分辨率和成像质量的重要影响，这种现象后经对其定义指大气中任意一点的运动，其速度的方向和大小都时刻发生着不规则的变化，从而引起各个气团相对于大气整体平均运动的不规则运动，这种现象被称为大气湍流。
大气湍流是造成图像退化的原因之一，大气湍流能够造成图像模糊降晰，它能够退化远距离拍摄的图像质量，如通过望远镜观测到外太空的星星表现出的模糊降晰，因为地球上的大气退化了图像的质量，大气湍流随机地干扰,使像元强度分布扩散、峰值降低、图像模糊、像素位置偏移及抖动,给目标识别带来了较大的困难。
光学器件受到大气湍流的影响主要是当光经过折射率不均匀的大气结构到达接收器件后，其振幅和相位等参数都产生了随机的起伏变化。
传统的图像复原技术都是在退化模型确定和已知的情况下进行复原的，即先确定点扩展函数或其参数，然后利用诸如逆滤波和维纳滤波这样的方法恢复图像。
但这些方法对光学系统的设计和光学器件的加工工艺都提出了更高的要求，并且不能消除系统像差中由大气湍流引起的部分，而且湍流流场对目标成像的影响是复杂多变的，导致湍流光学点扩展函数难以测定，其形式也是无法事先确定，所以往往单幅图像中所包含的信息量很少，而且不够全面，很难进行图像复原。
因此通常大气湍流图像的复原都是在图像序列基础上进行的。
为了消除大气湍流导致的成像抖动和模糊，很多学者进行了广泛深入的研究，如今已有很多针对大气湍流图像的复原算法，其中有不少取得的不错的进展。
2、国内外研究现状及方法湍流退化图像的复原是一个世界性的难题，也是国内外不少科学家们多年来一直想致力解决的问题。
大气湍流退化图像复原的困难之处在于其退化模型是未知的和随机变化的，且很难用数学解析式来描述，另外退化图像还含有噪声，这进一步增加了复原的难度。
基于相位估计的湍流降质图像盲复原
基于相位估计的湍流降质图像盲复原杨阿锋;鲁敏;滕书华;孙即祥【摘要】地基望远镜观测的空间目标图像受大气湍流的影响，其分辨率受到很大的限制。
为了提高湍流降质图像的复原效果，提出一种改进的盲解卷积方法。
考虑观测图像受到高斯噪声和泊松噪声的干扰，推导出基于混合噪声模型的盲解卷积代价函数；根据傅里叶光学原理，利用波前相位表示点扩展函数，将点扩展函数从像素值估计转换为参数估计；通过参数化表示方式，将代价函数寻优从约束最优化问题转换为无约束最优化问题。
模拟实验结果验证了本文模型与数值算法的有效性。
%The resolution of space object images observed by ground-based telescope is greatly limited due to the influence of atmospheric turbulence.An improved blind deconvolution method is presented to enhance the performance of turbulence degraded images restoration.Firstly,a mixed noise model based blind deconvolution cost function was deduced under Gaussian and Poisson noise contamination of measurement.Then, point spread function (PSF)was described by wavefront phase aberrations in the pupil plane according to Fourier Optics theory.In this way,the estimation of PSF was generated from the wavefront phase parameterization instead of pixel domain value.Finally,the cost function was converted from constrained optimization problem to non-constrained optimization problem by means of parameterization of object image and PSF.Experimental results show that the proposed method can recover high quality image from turbulence degraded images effectively.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】6页(P103-108)【关键词】湍流降质图像;盲解卷积;混合噪声模型;波前相位;点扩展函数【作者】杨阿锋;鲁敏;滕书华;孙即祥【作者单位】国防科技大学电子科学与工程学，湖南长沙 410073;国防科技大学电子科学与工程学，湖南长沙 410073;国防科技大学电子科学与工程学，湖南长沙 410073;国防科技大学电子科学与工程学，湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TP391.41随着科学技术的不断进步，人类对太空的认知已经有了长足的进展。
基于APEX方法的改进图像复原算法
１ 引 言
法
由于大气湍流扰动的影响， 在成像探测过程中， 目 标图像的质量常常产生不同程度 的下降， 甚至导 致 目标形状的严重畸变 ， 从而影响 目标的探测精度。 为了减少或消除大气湍流对 目 标探测带来 的影 响， 众多国内外学者对湍流退化图像的复原进行了大量 研究 ， 也取得 了许多 的成就 ， 图像复原… 就是 其 盲 中之一。大多数都是采用迭代的方式实现图像的复 原， 通常都 比较耗时 ， 因此很难满足实时图像复原的 要 求 。为 了节省 图像 复原 的时 间 ， 足 实 时 图像 复 满 原 的要求 ， 一些 学者 对 非 迭 代 式 的 图像 复 原进 行 了 许多研究 ， 出了许 多行 之有效 的算 法 ， Ｐ Ｘ方 提 ＡＥ
法采用 Ａ Ｅ Ｐ Ｘ方法的基本原理 ， 结合真实湍流退化 图像 的频谱信息特征 ， Ａ Ｅ 对 Ｐ Ｘ方法 中点 扩展函数的估计过程进行 了相应的改进 ， 采用多方向的综合估计代替原有一次性估计 ， 从而减 少 了点扩展 函数的估计误差， 增加了Ａ Ｅ Ｐ Ｘ方法的稳定 性。对 改进 算法和原有算法进行 了对 比性实验研究， 其结果表明， 该算法对湍流退化 图像的复原较原有算法在稳定性上有一定的提 高， 减少 了随机噪声对图像复原 的影响。 关键词 ： 大气湍流； 图像复原 ；Ｐ Ｘ方法 ； ＡＥ 点扩展函数估计 中图分类 号 ：Ｐ５ Ｔ７１ 文献标 识码 ： Ａ
基于 Ａ Ｅ Ｐ Ｘ方 法 的改进 图像 复 原 算 法
谢 盛华 ， 张启衡 宿 ， 丁
（． １ 中国科学 院光 电技术研究所 ， 四川 成都 ６ ０ ０ ；． １２ ９２ 中国科 学院研究生院 ， 北京 １０ ３ ） ０ ０９
摘
要： 在湍流退化 图像复原研究中， 出了一种基于 Ａ Ｅ 提 Ｐ Ｘ方法的改进 图 像复原算法。该算
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。