一种基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统，包括采集装置，用于获取受到气动激波层扰动的目标区域图像；测量装置，用于发射激光光束，得到聚焦在气动激波层外的远场聚焦光斑；接收远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前；利用透镜成像的傅里叶变换性质对畸变波前直接进行成像，成像光斑经光电转换后，得到畸变波前对应的点扩散函数；复原装置，用于对目标区域图像与点扩散函数进行反卷积运算，得到目标区域的复原图像，上述系统通过透镜直接获取畸变波前的点扩散函数并通过图像反卷积的方法实现了退化图像的高效复原校正，整个系统复杂度较低，且小型化、成本较低而实用性较强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，具体而言，涉及一种基于直接点扩散函数测量的气动退化图像复原校正系统。
技术介绍
带有光学成像探测、制导系统的飞行器在大气层内以高超声速飞行时，飞行器的光学窗口与大气之间将发生剧烈的相互作用而产生气体电离等现象，致使气体温度、密度、压力及化学组成结构均发生变化，上述气体周围光束传播介质的复杂变化，使得飞行器的机载光学成像系统的目标成像产生剧烈的畸变，引起目标瞄准误差、图像跳动、模糊，这种效应即是气动光学效应。上述效应使得图像传输光束产生波像差，影响其在光探测接收器上的成像质量、准确度和清晰度而限制了飞行器对目标的瞄准、识别和追踪能力，因此，气动光学效应的校正有着重要意义。现有技术中提出了一种气动光学效应校正装置，该装置通过哈特曼波前传感器实时测量波前畸变，再通过该波前畸变实时校正摄取到的原图像数据以复原得到清晰的图像数据。现有技术的气动光学效应校正装置中，采用哈特曼波前传感器测量波前畸变，而该传感器造价昂贵，使得整个装置的成本较高，并且由于该传感器在使用前需要进行初始化操作(如标定和调试)且难度较大，增加了整个装置的操作复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于直接点扩散函数测量的气动退化图像复原校正系统，通过直接获取激光畸变源经过气动光学效应而导致的波前畸变所对应的点扩散函数，以实现由上述波前畸变所导致的退化图像的复原，系统复杂度较低，且小型化、成本较低而实用性较强。第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于直接点扩散函数测量的气动退化图像复原校正系统，该系统具体包括：采集装置、测量装置和复原装置；所述采集装置，用于获取受到气动激波层扰动的目标区域图像；所述测量装置，用于发射激光光束，得到聚焦在气动激波层外的远场聚焦光斑；接收所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前；利用透镜成像的傅里叶变换性质对所述畸变波前进行成像后进行光电转换，得到所述畸变波前对应的点扩散函数；所述复原装置，用于对受到气动激波层扰动的所述目标区域图像与所述点扩散函数进行反卷积运算，得到目标区域的复原图像。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述测量装置包括激光器、光束远场聚焦器、第一镜头和图像传感器。所述激光器，用于发射激光光束；所述光束远场聚焦器包括：透镜和望远镜；所述光束远场聚焦器与所述激光器匹配设置，用于根据所述透镜对所述激光光束的发散角进行压缩处理，利用望远镜对压缩处理后的所述激光光束进行聚焦处理，得到小面积远场聚焦光斑，用以提高所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前对应的点扩散函数的测量精度；所述第一镜头，用于接收所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前，根据光学原理对所述畸变波前进行处理，得到激光光斑信号；所述图像传感器与所述第一镜头电连接，用于接收所述激光光斑信号，对所述激光光斑信号进行光电转换处理，得到所述畸变波前对应的点扩散函数。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述图像传感器包括光电转换器、信号放大模块、采样模块和分析模块；所述光电转换器与所述第一镜头电连接，用于接收所述激光光斑信号，对所述激光光斑信号进行光电转换处理，得到电脉冲信号；所述电脉冲信号对应于所述点扩散函数；所述信号放大模块与所述光电转换器电连接，用于接收所述电脉冲信号，对所述电脉冲信号进行放大处理，得到放大后的电脉冲信号；所述采样模块与所述信号放大器电连接，用于接收放大后的电脉冲信号，根据预设空间间隔对放大后的所述电脉冲信号进行采样处理，得到数字电信号；所述分析模块与所述采样模块电连接，用于接收所述数字电信号，对所述数字电信号进行能量分析处理，得到所述激光光斑信号的光强能量分布；所述光强能量分布对应于所述点扩散函数。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述采集装置包括第二镜头、红外探测器和信号处理器；所述第二镜头，用于接收目标区域发送的目标光波，将所述目标光波发送至所述红外探测器；其中，所述目标光波受到气动激波层扰动，且携带有目标区域的原始图像；所述红外探测器，用于提取所述目标光波对应的红外辐射热量，将所述红外辐射热量转换为模拟电信号；所述信号处理器，用于将所述模拟电信号转换为对应的数字信号，并对所述数字信号进行分析处理，得到与所述数字信号相对应的目标区域图像。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述系统还包括分光镜；所述分光镜，用于接收所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前和所述目标区域的目标光波，根据光谱特性分别对所述畸变波前和所述目标光波进行分离处理，得到所述畸变波前的可见光部分对应的可见光波和所述目标光波的不可见光部分对应的红外光波。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述系统还包括光学匹配装置；所述光学匹配装置，用于接收所述分光镜分离得到的所述可见光波，将所述可见光波发送至所述测量装置，用以使所述分光镜和所述测量装置匹配设置。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述复原装置包括处理器和显示器；所述处理器，用于分别接收所述测量装置输出的点扩散函数和所述采集装置发送的所述目标区域图像，根据所述目标区域图像、所述点扩散函数以及所述目标区域的原始图像之间的卷积关系，对所述目标区域图像与所述点扩散函数进行反卷积运算处理，得到与所述目标区域图像对应的所述目标区域的复原图像；所述显示器，用于显示所述目标区域的复原图像。本专利技术实施例提供的基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统，采用采集装置、测量装置和复原装置使得整个复原校正系统一体化和自动化，与现有技术中的气动光学效应校正装置采用造价昂贵的哈特曼波前传感器进行波前畸变的测量，需要初始化且无法直接得到点扩散函数而导致装置操作复杂度较高相比，其通过重建激光畸变源为测量装置的畸变测量提供足够的可见光波，且上述测量装置能够直接得到畸变波前对应的点扩散函数；又通过上述采集装置得到目标区域图像；最后利用复原装置进行目标区域图像与点扩散函数之间的反卷积运算，以实现退化图像实时高效的复原校正，上述复原校正系统通过透镜直接获取畸变波前的点扩散函数并通过图像反卷积的方法实现了退化图像的高效复原校正，整个系统复杂度较低，且小型化、成本较低而实用性较强。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本专利技术实施例所提供的基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统的结构示意图；图2示出了本专利技术实施例所提供的基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统中测量装置的结构示意图；图3示出了本专利技术实施例所提供的基于直接点扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统，其特征在于包括：采集装置、测量装置和复原装置；所述采集装置，用于获取受到气动激波层扰动的目标区域图像；所述测量装置，用于发射激光光束，得到聚焦在气动激波层外的远场聚焦光斑；接收所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前；利用透镜成像的傅里叶变换性质对畸变波前直接进行成像，成像光斑经光电转换后，得到畸变波前对应的点扩散函数；所述复原装置，用于对受到气动激波层扰动的所述目标区域图像与所述点扩散函数进行反卷积运算，得到目标区域的复原图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统，其特征在于包括：采集装置、测量装置和复原装置；所述采集装置，用于获取受到气动激波层扰动的目标区域图像；所述测量装置，用于发射激光光束，得到聚焦在气动激波层外的远场聚焦光斑；接收所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前；利用透镜成像的傅里叶变换性质对畸变波前直接进行成像，成像光斑经光电转换后，得到畸变波前对应的点扩散函数；所述复原装置，用于对受到气动激波层扰动的所述目标区域图像与所述点扩散函数进行反卷积运算，得到目标区域的复原图像。2.根据权利要求1所述的基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统，其特征在于：所述测量装置包括激光器、光束远场聚焦器、第一镜头和图像传感器；所述激光器，用于发射激光光束；所述光束远场聚焦器包括：透镜和望远镜；所述光束远场聚焦器与所述激光器匹配设置，用于根据所述透镜对所述激光光束的发散角进行压缩处理，利用望远镜对压缩处理后的所述激光光束进行聚焦处理，得到小面积远场聚焦光斑，用以提高所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前对应的点扩散函数的测量精度；所述第一镜头，用于接收所述远场聚焦光斑的散射光波经过气动激波层后产生的畸变波前，根据光学原理对所述畸变波前进行处理，得到激光光斑信号；所述图像传感器与所述第一镜头电连接，用于接收所述激光光斑信号，对所述激光光斑信号进行光电转换处理，得到所述畸变波前对应的点扩散函数。3.根据权利要求2所述的基于直接点扩散函数的气动退化图像复原系统，其特征在于：所述图像传感器包括光电转换器、信号放大模块、采样模块和分析模块；所述光电转换器与所述第一镜头电连接，用于接收所述激光光斑信号，对所述激光光斑信号进行光电转换处理，得到电脉冲信号；所述电脉冲信号对应于所述点扩散函数；所述信号放大模块与所述光电转换器电连接，用于接收所述电脉冲信号，对所述电脉冲信号进行放大处理，得到放大后的电脉冲信号；所述采样模块与所述信号放大器电连接，用于接收放大后的电脉冲信号，根据预设空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓燠，饶长辉，鲜浩，魏凯，饶学军，杨金生，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51