[发明专利]一种可减弱大气湍流影响的成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种可减弱大气湍流影响的成像方法及装置，方法步骤包括：采集成像目标的四维光场分布及退化图像，解算全视场各视角方向相位波前畸变，估计求解成像系统的系统成像点扩散函数，在频域对退化图像进行解卷积运算，求解得到成像目标理想成像的傅里叶变换，然后将成像目标理想成像的傅里叶变换进行傅里叶逆变换，得到成像目标接近于衍射极限的理想成像；装置包括主透镜、分光器件、成像信息采集高帧频感光CCD、微透镜阵列和光场信息采集低噪声高帧频感光CCD。本发明具有探测视场大、成本低、动态范围大、图像分辨率高、适用范围广的优点。

技术领域

本发明涉及高空目标成像的自适应光学和图像处理领域，具体涉及一种可减弱大气湍流影响的成像方法及装置。

背景技术

大气是一种不稳定的随机介质，在成像系统中，由于“大气湍流”这种动态干扰的影响，光学望远镜的实际分辨率远远达不到理论上所预期的光学衍射极限。一个口径达数米的大型无补偿光学望远镜，在地面通过大气层对天空及天文目标进行观察时，由于大气湍流的影响，实际成像分辨率不会超过口径仅为0.1～0.2m的小望远镜，并且观察到的图像存在一定的模糊和抖动。

自适应光学技术具有克服光学系统各种误差因素影响的能力，使其适用于望远镜和光学遥感器的高分辨率成像，自适应光学技术具有克服光学系统各种误差因素影响、保持系统始终工作在最佳状态的能力，使其适用于望远镜和光学遥感器的高分辨率成像，在激光大气传输、激光加工、眼科科学、航空航天及通信领域展现了一定的应用前景。尽管自适应光学技术能够实时校正光束的波前畸变，但是由于自身设计、计算机处理能力、闭环伺服带宽、波前观测数据误差以及噪声等因素影响，自适应光学对大气湍流的补偿仅仅是部分的、不充分的，目标的高频信息仍然受到严重的抑制和衰减。另外，自适应光学系统还存在光能利用率低(哈特曼分光，暗弱目标使用受限)、结构复杂(特别是针对扩展目标成像)、成本昂贵等特点，并且其有限的工作带宽，使其不适用于气动光学效应的校正。图像后处理技术是利用望远镜和数字图像采集系统记录目标大气湍流退化图像，记录图像再经计算机复原，获得目标的清晰图像，主要包括散斑成像、幸运成像和盲解卷积等。图像后处理技术利用望远镜和数字图像采集系统记录目标大气湍流退化图像，记录图像再经计算机复原，获得目标的清晰图像，由于需要大量目标的先验性知识且易受成像噪声影响，在实际应用中受到了很大的限制。散斑成像和幸运成像对图像的拍摄条件有一定的要求，并且需要大量的样本信息；盲解卷积需要知道图像大量的先验信息。另外，图像后处理技术需要进行大量的数据处理，计算复杂很难做到实时或者准实时，在对高速运动目标成像时，受到了很大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对目前自适应光学技术和传统图像后处理技术存在的问题，提供一种探测视场大、成本低、动态范围大、图像分辨率高、适用范围广的可减弱大气湍流影响的成像方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种可减弱大气湍流影响的成像方法，步骤包括：

1)采集成像目标的四维光场分布I(u,v,x,y)、受大气湍流影响的退化图像g(x,y)；

2)利用成像目标的四维光场分布I(u,v,x,y)解算大气湍流导致的全视场各视角方向相位波前畸变

3)根据大气湍流导致的全视场各视角方向相位波前畸变估计成像系统的相干成像点扩散函数h(x_i,y_i)，利用估计得到的相干成像点扩散函数h(x_i,y_i)求解成像系统的系统成像点扩散函数h_I(x,y)；