大气湍流退化图像多帧盲复原

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1、第3l卷第5期2012年10月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．31No．50ct．2012大气湍流退化图像多帧盲复原“杨彦伟1，徐蓉2，牛威2，麻蔚然1，甘宸伊1(1．63788部队·陕西渭南·714000；2．宇航动力学国家重点实验室·西安·710043)摘要：针对图像盲复原时PSF(点扩散函数)尺寸参数对复原效果影响较大，提出一种点扩散函数尺寸自适应估计算法，该算法以均方误差为代价函数，通过遍历搜索点扩散函数有限支持域，克服了点扩散函数尺寸参数

2、选择难的问题。仿真结果表明，估计的点扩散函数尺寸接近真实尺寸，对于大气湍流变化快的情形，改进算法取得了较好的图像复原效果。关键词：大气湍流；多帧盲复原；点扩散函数(PSF)尺寸；快速傅里叶变换中图分类号：V556．5；TP751文献标志码：A文章编号：1674—5620(2012)05—0036—04AMulti—FrameBlindImageRestorationAlgorithmforAtmosphericTurbulenceImagesYANGYanweil，XURon92，NIUWei2，MAW

3、eiranl，GANChenyil(1．PI。AUnit63788，Weinan，ShaanxiProvince714000；2．StateKeyI．aboratoryofAstronauticDynamics，Xi’an710043)Abstract：AnadaptiveestimationalgorithmisproposedtOminimizetheimpactofsizeparametersofPSF(PointSpreadFunction)ontheresultofblindimagerest

4、oration．TakingMSE(MeanSquaredError)asthecostfunction，thealgorithmfeaturessearchofthefiniteextentofPSFandovercomesdifficultyinchoiceoftheparametersabouttheoriginalsizeofPSF．SimulationresultsshowthattheestimatedsizeofPSFisalmostequaltothetruevalue．Thepropo

5、sedalgorithmfacilitatesexcellentrestorationofspaceimagesheavilyblurredbyhighlydynamicatmosphericturbulence．Keywords：atmosphericturbulence；multi—frameblindimagerestoration；sizeofPointSpreadFunction(PSF)；Fast，FourierTransform(FFT)0引言大气湍流是导致地基望远镜图像退化的主要原因，A

6、O(自适应光学系统)有助于消减大气湍流的影响。然而实践中发现，AO校正是有限的。为了使成像接近衍射极限分辨率的要求，通常使用图像复原技术对AO校正残余像差做进一步补偿。从数学角度上讲，图像复原属于求解不适定问题。如果没有约束条件，解通常不存在或者解不唯一。根据分类标准不同口_2]，图像复原方法可分为盲复原和传统复原、单帧复原和多帧复原、单信道复原和多信道复原。这里，多帧盲复原更适用于实际情况，而盲复原通常会选择固定的PSF(点扩散函数)尺寸作为初始参数。但是，大气湍流是随机的、时变的，若使用固定的PSF

7、尺寸，复原效果一般不理想。选小了，难以消除模糊；选大了，图像纹理和轮廓会出现扭曲。目前研究如何选择PSF尺寸的文献还很少。这里，提出一种遍历搜索PSF有限支持域的算法，它以均方误差为代价函数，并根据图像模糊程度自动调整PSF尺寸。改进的多帧盲复原算法同时估计PSF和真实图像，在大气扰动变化较快情况下，算法取得了较好的复原效果。1大气湍流退化模型光波在大气中传播时，大气湍流会造成空气折射率的随机变化，从而导致波的振幅和相位随机起伏，结果出现光强闪烁和波面畸变[3]。为此，地基望远镜一般选择在大气视宁度较好

8、的地方建址。然而摄录过程中，由于镜头与目标之间的相对运动，以及自适应光学系统固有的波前检测误差，致使望远镜成像抖动、模糊不可避免。大气湍流退化模型分为空间可变和空间不变2种，这里仅讨论空间不变退*收稿日期：2012—07—04；修回日期：2012一07—26第一作者简介：杨彦伟(1974)，男，硕士，工程师，主要研究方向为信号与信息处理；E—mail：yangyw05@126．com第5期杨彦伟，等：大气湍流退化图像多帧盲复原化模型。该模型