波前编码技术中的图像复原研究

【摘要】： 波前编码技术通过在普通光学系统中加入一块特殊的相位板对波前进行调制,使得其光学传递函数和点扩散函数对离焦不敏感,来达到扩大光学系统的焦深的目的。光学系统采用波前编码技术时在探测器上得到的是模糊的中间像,需要结合有效的数字图像复原技术来得到最终的清晰像。 本文围绕适用于波前编码系统中的图像复原算法进行研究。波前编码系统的点扩散函数PSF的形式是已知的,通过软件模拟和实验都可以得到,但它与传统的运动或散焦引起的降质函数都不同,具有特殊的形式。在实际波前编码系统成像实验的基础上,对不同复原算法的效果进行了探讨。针对波前编码系统图像复原中存在的噪声放大、信噪比降低等难题,给出了具体的解决方法,并用实验进行了验证。主要研究内容包括以下几方面: 1.综合阐述了波前编码技术及其图像复原研究的历史发展和现状,同时分析了波前编码系统中图像复原的特点,以及进行此项研究的意义。 2.介绍了数字图像复原的基本理论,包括图像复原的基本概念、问题模型、经典的几种复原算法及图像质量评价方法等,并对影响图像复原效果的噪声和各种去噪方法进行了简单描述。 3.对波前编码技术的理论基础进行了研究,得到了基于模糊函数和稳相法的三次位相板形式。设计了一个三次位相板的编码系统,通过光学设计软件对其成像特性进行了分析,并进行了镜头的研制和成像实验,探讨了波前编码成像技术的成像效果和焦深扩展能力。 4.对波前编码系统成像的噪声来源和种类进行了分析,建立了系统的噪声模型和频率信噪比模型,针对波前编码系统图像复原过程中存在的噪声放大、信噪比降低问题,提出了使用一种改进的复原算法,将小波去噪引入了传统的LR复原算法中,解决了原始LR算法的噪声放大问题。实验结果表明,该方法有效地抑制了噪声,得到了很好的复原效果。 5.为了进一步提高波前编码系统的分辨率,进行了超分辨率复原的研究。提出了使用一种基于最优重构理论的复原方法,通过对波前编码系统的成像和复原模拟,发现最优重构的方法有效地改善了波前编码系统复原图像的分辨率。