相位互异散斑图像校正模型算法的数值仿真研究

摘要

大气随机扰动、成像系统误差会导致相位失真，造成波前畸变和扭曲，导致图像模糊，很大程度上降低了成像系统的分辨率。相位互异散斑法(PhaseDiverseSpeckle，简称PDS)是一种新颖的畸变图像校正方法，PDS综合了相位互异和散斑成像各自的优点，同时能够应用到中近距离的扩展物体上。PDS要求同时采集一对或者多对相位存在差异的短曝光图像，从采集的图像数据中联合估计物体和相位失真。光瞳相位互异思想，是PDS的核心思想。这种相位互异，是通过引入已知相差来实现的。引入互异图像的主要目的，是通过物体和光瞳相位函数之间的关系，得到一个高斯噪声情况下不依赖于物体的数学模型，从而通过一对或多对像面信息估计和复原图像。本论文仅对单个图像对的情况进行研究，所有的相位互异都通过一定距离的离焦引入。本论文对PDS校正技术进行算法研究，并利用不同算法进行仿真。本文主要内容如下：
　　1、研究PDS在附加高斯噪声情况下的数学模型，通过Zernike多项式单项在软件模型复原的敏感程度，分析该数学模型构建的图像恢复软件模型的实效；
　　2、结合PDS校正技术的算法需求，对单纯形算法(SM)、模拟退火算法(SA)，以及两者混合算法(SASM)进行研究，针对混合算法的不足，提出了改进方法。在VisualC++6.0环境下对不同算法进行编程，给出了各算法的程序流程；
　　3、使用不同的算法求解目标函数，分析了三种算法在课题中的适用性。使用混合算法对Zernike特定模式进行仿真研究，对于高维的拟合上采用了约束限制的方法。给出了仿真结果的方差、偏差、标准差并作了分析与对比。利用焦面图像的MTF拟合对比，对复原图像进行了评价。

目录

相位互异散斑图像校正模型算法的数值仿真研究

NUMERICAL SIMULATION RESEARCHOF ALGORITHM ON PHASE DIVERSESPECKLE IMAGE CORRECTION MODEL

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究动态与现状

1.3 课题来源与研究意义

第2章 PDS 图像校正技术基本原理

2.1 PDS 校正系统图像采集原理

2.2 一般成像规律

2.3 传递函数

2.4 实际系统传递函数

2.5 Zernike 多项式

2.6 基于高斯噪声模型的相位互异成像技术

2.7 图像校正的评价

2.8 本章小结

第3章 软件模型和搜索算法的研究

3.1 软件模型功能及仿真研究

3.2 模拟退火算法

3.3 单纯形算法

3.4 本章小结

第4章 算法与改进算法的数值仿真

4.1 单纯形算法与模拟退火算法数值仿真

4.2 模拟退火和单纯形混合优化(简称SASM)的优势

4.3 算法的融合体制

4.4 改进SASM 算法的步骤和程序流程

4.5 改进算法的参数选择

4.6 初阶Zernike 多项式的优化数值仿真

4.7 Zernike 多项式给定项的优化数值仿真

4.8 目标函数形态和关于约束问题的思考

4.9 约束问题的优化实验

4.10 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢