基于自适应光学系统点扩散函数重建的图像盲卷积方法技术方案

本发明专利技术属于自适应光学图像处理领域，具体是一种基于自适应光学系统点扩散函数重建的图像盲卷积方法。该方法分析了成像过程并将光学传递函数分为两个主要部分：由望远镜系统的象差，重力变形和热变形等所造成的准静态的光学传递函数与自适应光学系统校正之后的残差所建立的动态光学传递函数。通过测量数据计算出这两个光学传递函数，并将其作为基础计算得到盲卷积的先验点扩散函数。利用估计得到的光学系统的点扩散函数作为盲卷积优化点扩散函数的先验分布，以图像总的梯度和作为评价函数重要指标，同时利用相关的大气湍流参数确定可重建部分图像的大小，通过迭代可以快速获得高质量的图像。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于自适应光学图像处理领域，具体是一种。该方法分析了成像过程并将光学传递函数分为两个主要部分：由望远镜系统的象差，重力变形和热变形等所造成的准静态的光学传递函数与自适应光学系统校正之后的残差所建立的动态光学传递函数。通过测量数据计算出这两个光学传递函数，并将其作为基础计算得到盲卷积的先验点扩散函数。利用估计得到的光学系统的点扩散函数作为盲卷积优化点扩散函数的先验分布，以图像总的梯度和作为评价函数重要指标，同时利用相关的大气湍流参数确定可重建部分图像的大小，通过迭代可以快速获得高质量的图像。【专利说明】
本专利技术属于自适应光学图像处理领域，具体是一种。
技术介绍
地面通过望远镜在对天体进行观察，成像过程中会受到多种外部作用而影响成像质量，包括:大气湍流作用，望远镜的重力变形和热变形等。主动光学技术可以部分的校正望远镜主镜的重力变形和热变形，但是对于没有配备主动光学的望远镜，镜面在进行观测时的变形往往难以校正和测量。自适应光学技术主要用来校正大气湍流对于成像的影响，但是受限于波前测量精度，变形镜校正自由度，校正速度，系统的光学设计等，往往无法完全校正大气湍流影响。此外，由于自适应光学系统的测量光路和科学相机成像光路的结构不是完全相同的，非共光路像差对于成像也有很严重影响。为了进一步提高图像质量，文献《Deconvolutionfrom wave-front sensing: anew technique for compensating turbulence—degraded images〉〉提出了使用波前测量信息对图像进行解卷积处理，来复原图象的方法，但是受限于波前测量精度，这种方法实用性不佳。专利申请号为:201210246852.X的专利曾提出过使用基于非迭代自解卷积图像盲卷积方法的图像恢复技术，该方法通过选取质量较好的帧图像作为基础，并结合波前测量结果确定解卷积中的可调参数。通过累加得到系统的一个接近长曝光的光学传递函数，并将这一曝光函数作为解卷积时可调参数的参考，通过一次的解卷积计算去除自适应光学系统校正残差，以达到提高图像质量的目的。可见，对于该方法来说，波前测量得到的残差与成像光路的残差差距越小，则使用这一方法经过处理后的图像质量越好。但是，由于波前探测器和变形镜的物理结构等原因，直接使用波前探测器的测量结果而不考虑变形镜的结构估计得到的测量残差，对于高频误差的估计往往是不足的。更为重要的是，由于波前测量系统和科学相机所在的为不同的光路，由光路不同造成的非共光路象差对于最终图像质量影响也比较大。此外，由于望远镜的准静态象差(望远镜的重力变形和热变形)的影响，主镜拼接结构，以及望远镜的副镜和支撑副镜的部分的衍射的影响，也会使最终的图像质量下降，在图像重建的过程，这一部分也要考虑。因此想要能够较好的恢复图像，要求能够以高的精度估计出整个光学系统的影响，即系统的点扩散函数(PSF)。之后以这一 PSF为基础，可以通过反卷积，提高图像质量。文献《FirstSuccessful Adaptive Optics PSF Reconstruction at ff.M.KeckObservatory))报告了在Keck望远镜上估计自适应光学系统PSF的工作。他们通过使用变形镜的控制信息以及差分传感器，估计出了大气湍流参数和系统的静态象差等。在对于自适应光学系统的PSF估计的过程中，将光学系统的点扩散函数的估计分为两个部分:系统的静态象差部分和系统的动态象差部分。对于系统的动态象差，通过使用变形镜信号进行了估计；在估计系统的静态象差时通过使用导星和差分传感进行了测量。但是，结果表明估计出的PSF和真实的PSF还有一些差距。因此，如果直接使用这样的方法得到的PSF进行反卷积，其结果还是不理想的。在PSF未知或者了解不多的情况下，盲卷积是一种使用比较广泛的后期图像处理方法，这种图像盲卷积方法将成像过程用以下的表达式进行描述:【权利要求】1.，其特征在于:包括 时钟电路:为望远镜系统提供时钟服务； 第一存储器:连接望远镜系统主镜面形测量信号传入接口，实时记录望远镜主镜面形状随时间变化的信号知; 第二存储器:连接自适应光学系统波前探测器探测信号传入接口，实时记录波前探测器随时间变化的测量信号^(0 ； 第三存储器:连接望远镜科学相机曝光信号传入接口，实时记录天文图像曝光时间r第四存储器:连接望远镜系统的自适应光学系统控制信号连接接口，实时记录变形镜(变形镜是自适应光学系统的一部分)随时间变化的控制信UtCO ； 第五存储器:连接望远镜科学相机，用来记录曝光图像； 核心处理器:连接第 一存储器、第二存储器、第三存储器、第四存储器、第五存储器和时钟电路； 核心处理器控制存储器进行信号的存取工作。2.该图像盲卷积方法的运算步骤如下: 步骤一，根据科学需求，选择需要处理的图象的曝光时刻和曝光时长M ,从第一存储器中读取从為，从第二存储器读取&_ ,从第四存储器读取,从第五存储器中读取^?，根据和#_(力)计算出大气相干长度&和外尺度大小Ltl随时间变化的序列，通过统计选择概率最大的相干长度和外尺度，计算出大气湍流的相干角度，从 里选择包含感兴趣的目标大小为相干角度之内的原始图像aShgO?)作为初始的需要处理的图像； 步骤二，计算主镜影响的光学传递函数-A^i&￡)) P，A为描述主镜的口径和拼接结构的光学传递函数，P根据主镜和副镜之间距离确定的光线自由传递函数，OIFsk(AT)为副镜口径和副镜支架确定的副镜光学传递函数； 步骤三，计算自适应光学系统的矫正残差的光学传递函数OTF^JiM) = OTTgi(AZ) OTFJiM),波前探测器测量残差光学传递函数=咖-* ‘(蝴,变形镜响应函数光学传递函数(MFmIM) = *^<-1 ‘脚D ,变形镜响应函数I是由变形镜物理结构决定，OIF{M) =； 步骤四，利用MATLAB中的函数￡HF2i^,把光学传递函数计算为系统点扩散函数PSFiM^ = OTF2FSFpTF(A0} ,psf^J),祝的为归一化函数,将点扩散函数总能量归一化； 步骤五，计算初始图像的整体梯度范数和 【文档编号】G06T5/00GK103761712SQ201410026675【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日 【专利技术者】贾鹏, 王东, 蔡冬梅 申请人:太原理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鹏，王东，蔡冬梅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：