湍流大气中的退化图像及其复原方法研究.pdf

湍流大气中的退化图像及其复原方法研究 黄宏华 苏策敏 饶瑞中 (中国科学院安徽光学精密机械研究所) 摘要 本文建立了一个图像传输实验系统，在1公里的距离上进行了实验研究。获得了各种湍流强 之间的关系，计算出高斯型点扩展函数的方差．结合Fried给出的大气传递函数解析式、行操作投影算法 对图像进行了复原分析，取得了一些初步的结果． 关键词 大气湍流 点扩展函数 图像复原 图像处理 一． 引 菁 在经过大气的长距离成像过程中，图像畸变主要由光学扰动引起，同时还受大气中微粒 和雾气的散射和吸收等影响．大气扰动畸变效应使图像变模糊，而大气分子和尘埃引起的 散射和吸收使图像能量衰减，这些都可以使或取的图像质量退化．图像复原需要知道MTF， 如何从模糊图像中直接识别平均大气MTF，成为图像恢复中的一个重要问题． 本文建立了一个图像传输系统，在l公里的距离上进行了实验研究，获得不同湍流强 度的图像。提出了一种新的大气退化图像复原方法，对图像进行复原处理，获得一些初步 结果． 二．实验系统 实验系统如下图所示 图1实验系统原理图 系统主要由施密特一卡塞格林望远镜、CCD相机、图像采集卡、显微物镜和PC机组成。 望远镜的口径D为35．56cm，焦距为355．6cm。成像目标体由发光二极管面阵组成，发光 一12l一 间隔为4mm． 三． 退化图像特征 采用以上系统我们在传输距离1公里距离上进行了的图像的传输实验，目标体和接收 系统在同一水平面上。由于白天光线太强，CCD容易饱和，实验多在晚上进行。下面为采集 到的图像．为了直观地描述湍流大气对成像系统分辨率的影响，我们把显示屏的显示图案设 置成类似视力表形状． 图2(a，b)：两种不同湍流条件下图像 从上图可以看出，湍流影响了像质和分辨率．这种影响在强湍流下，表现得更显著． 四．图像复原方法 1． Lipschitz指数同小波变换模极大值之间的关系 证明当t在区间陋，b】中时，如果．厂(f)的小波变换满足 也就是log (1) l Wf(s，x)IKs口 I睨厂(f)IlogK+口logs 则厂O)在区间[a，b】中的Lipschitz指数为Of． 作为基本小波则在尺度J，位置O，y)处，函数f(x，y)的小波变换有两个分量： (2) (3) 一 ， 小波变换模为l形厂@，少)I_√『瓦五丽i万Fi面互丽 (4) 所以对退化 从(2)、(3)可以看出小波变换可以看作是信号与高斯函数卷积后的导数． 图像gO，y)的小波变换可以表示为 叨贴川=妇【如，y)Ⅻ训％=J{叭毛力Ⅵ以墨力Ⅻ毛力％(5) 一122一 h(x，y)牛只(x，y)=色o(石，y)，So=4s2+仃2