[发明专利]一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法

说明书

本发明公开了一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法，属于大气传输和成像仿真技术领域，解决现有的大气湍流退化图像复原方法精度较低等问题。本发明基于感兴趣区域，信标光源发出用于模拟相位屏的光波；基于信标上的光源发出光波的同时感兴趣区域的光源发出光波；基于两光波，星载传感器仿真到星载传感器的感兴趣区域退化图像和实时探测出相位屏模拟的相位畸变，并基于相位畸变，产生与相位畸变大小相等，符号相反的波前相位校正量对仿真到的星载传感器的感兴趣区域退化图像进行实时补偿得到复原后的大气湍流退化图像。本发明用于大气湍流退化图像复原。

技术领域

一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法，用于大气湍流退化图像复原，属于大气传输和成像仿真技术领域。

背景技术

长久以来，大气湍流都是限制光波传输系统，成像系统等光学系统性能的重要因素。尤其是对于空间对地成像系统，往往从空中发射光波照明地面目标，光波传输路径都在上万公里。这期间光波波前受到大气湍流扰动影响扭曲变形，当扰动强烈时还会造成干涉光学系统成像图样的畸变，严重影响成像性能。

大气湍流退化图像复原技术在空间目标成像仿真领域中占有重要的地位，由于大气湍流对目标成像影响的复杂多变性，导致大气湍流点扩展函数难以测定，其形式也是无法确定，而且是随机变化的，这就给退化图像的复原带来了很大的难度。从20世纪20年代开始，国内外的一些专家就开始了对复原方法的研究，到目前为止已经有很多复原的方法。早年，部分专家学者提出了维纳滤波和卡尔曼滤波等经典复原方法，都是在退化模型确定的情况下进行复原的，但在大部分情况下，我们并不确定退化模型，所以这些复原方法都不实用。在实际情况中，即在大气湍流退化模型未知的时候，一般采用盲复原方法，从观察图像分别对目标图像和点扩散函数进行估计，从而达到恢复图像的目的。但这些方法都是站在图像处理的角度进行的，而没对大气湍流的性质进行研究，所以复原精度较低、应用范围不广。

针对对比文件“CN201210101260-一种太阳多层共轭自适应光学系统”是对空成像，对空成像时，存在自然信标，如亮星，钠信标等，而对地成像时，地面没有现成的自然信标，对信标的设置要求高，若设置不当，会影响最终成像，所以操作难度比对空成像难。

发明内容

针对上述研究的问题，本发明的目的在于提供一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法，解决现有的大气湍流退化图像复原方法精度较低、应用范围不广、不具有实用性等问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于人造信标和相位屏的大气湍流退化图像复原方法，包括如下步骤：

S1：基于感兴趣区域，在地面设置棋盘格作为信标，信标位于感兴趣区域附近，与其构成一定张角，信标由黑体和高温区域交叉构成，其中，黑体指黑色，高温区域指白色，信标上的光源和感兴趣区域的光源同时向星载传感器发出光波，将信标上的光源发出的光波的传输路径z分为n段，将路径z距离中大气湍流对光波波前相位的影响视为一个相位屏；

S2：星载传感器基于给定的n段中的某一段或多段，生成一个均值为0，方差为1的复数高斯随机数值矩阵，对复数高斯随机数值矩阵进行傅里叶变换，变换后用大气湍流的功率谱进行滤波，然后通过逆傅里叶变换得到大气湍流随机相位屏，其中，大气湍流随机相位屏即指相位屏的高频相位；

S3：星载传感器基于给定的n段中的某一段或多段，采用次谐波补偿法求得相位屏的低频相位，将低频相位和高频相位合并，构成了相位屏的总相位；

S4：星载传感器将感兴趣区域的光源发出的光波和总相位分别分为两路；

S5：星载传感器基于一路感兴趣区域的光源发出的光波和总相位，采用基尔霍夫光波传输函数，得到退化后的二维信号，再将二维信号转化为强度并进行灰度拉伸，仿真到星载传感器的感兴趣区域退化图像；