空间薄膜衍射成像系统图像反演恢复方法研究

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1、硕士学位论文空间薄膜衍射成像系统图像反演恢复方法研究RESEARCHONINVERSIONRECOVERYMETHODOFSPACEDIFFRACTIONMEMBRANEIMAGINGSYSTEM江世凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP79学校代码：10213国际图书分类号：528密级：公开工学硕士学位论文空间薄膜衍射成像系统图像反演恢复方法研究硕士研究生：江世凯导师：智喜洋副教授申请学位：工学硕士学科：光学工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:TP79U.D.C:528DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONINVERSIONRECOVERYMETHODOFSPACEDIFFRACTIONMEMBRANEIMAGINGSYSTEMCandidate：JiangShi-kaiSupervisor：AssociateProf.ZhiXi-yangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：OpticalEngineeri

3、ngAffiliation：SchoolofAeronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着高轨监视领域对高质量高分辨率图像需求的不断提高，迫切需要空间光学载荷同时具有超大口径、轻量化、加工周期短、成本低等特点，薄膜衍射成像技术已成为未来超大口径空间载荷的重要发展方向。但根据衍射光学成像原理及现有研究：与传统的折射/反射式成像系统相比，衍射成像系统

4、的图像的MTF和SNR均较低，且存在明显的空间变化特性，再加之薄膜元件易受量化加工误差和在轨力、热环境的影响，使得空间薄膜衍射成像系统图像质量进一步退化，很可能无法满足人眼对目标景物信息的判读解译需求，因此需要针对图像退化特性来反演恢复原始景物信息。而目前国内在空间薄膜衍射成像技术方面仅处于概念设计、原理性研究阶段，关于其成像特性及像质处理方面的研究少见报道。本文即是针对该问题，开展空间薄膜衍射成像系统图像质量退化特性及图像反演恢复方法研究，并进行相应的实验验证。主要研究工作如下：（1）空间薄膜衍射成像系统图像质量退

5、化特性分析。从薄膜衍射成像机理出发，研究了影响图像质量的光学遥感链路环节要素，将其归结为图像模糊、采样、转化以及随机噪声等过程并进行表征建模，分析得出薄膜衍射成像系统存在MTF和SNR退化严重、空间变化性大、对比度低等像质退化特性，并建立了能够综合表征链路环节、衍射光学特性以及薄膜材料特性影响的空间薄膜衍射成像系统图像质量退化模型，为后续图像反演恢复方法研究提供了理论依据与先验输入。（2）提出空间薄膜衍射成像系统图像质量反演恢复模型与方法。针对空间薄膜衍射成像系统图像质量退化特性，以同时提升图像MTF和SNR、增强对

6、比度、保持纹理细节及抑制伪像为目标，基于正则化理论框架，结合等晕区分块思想，建立融合多目标先验约束的大尺寸空变图像反演恢复模型，并针对模型中多变量估计及同时包含多种范数正则化项和参数的联合寻优的难题，研究高效、准确的模型求解方法，从而提出空间薄膜衍射成像系统图像质量反演恢复方法。（3）实验验证及分析。结合数字仿真与半物理成像实验对本文提出方法的处理性能进行验证及分析，实验结果表明：本文处理方法能够有效提升图像MTF和SNR，增强对比度，保持图像纹理细节的同时，有效抑制噪声放大和振铃等伪像，有效提高薄膜衍射成像系统图像

7、的解译能力，为高轨卫星薄膜衍射成像技术的实际空间应用提供支持。关键词：空间薄膜衍射成像系统；退化特性；空间变化PSF；正则化先验约束；多目标图像反演恢复I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeincreasingdemandofhigh-qualityimageforhigh-orbitsurveillance,theopticalimagingsystemthatembodieslargeaperture,lightweightandlowcostisinurgentneed.Thediffr

8、activemembraneopticalimagingsystemhasbeenanimportantdevelopmenttrendforlargeapertureandlightweightspacetelescope.Asaresult,imagedegradationofdiffractionimagingsystemissevere