超高分辨混合计算成像理论和技术研究

针对现有超分辨重建理论和技术的局限性，根据光电系统中线性不变性与非线性不变性之间特性匹配和探测器的采样机理与像元孔径效应对空间分辨率的影响，以探测器为中心，融合光学成像、光电学和光电信号处理等学科相关的基础理论，研究超高分辨混合计算成像理论和技术。主要研究探测器的绝对截止频率对成像系统空间分辨率的具体影响，建立相应的探测器传递函数的混合计算成像数学物理模型。深入分析光学系统的线性不变性特征和探测器采样系统，研究实现混合计算成像系统线性不变性与非线性不变性特征的最佳匹配方式；借鉴光通讯理论中的CDMA理论，对进入光学系统前的输入信号频谱进行位相编码，研究焦平面编码混合计算成像的超分辨重建理论和方法；构建超高分辨混合计算成像理论和技术发仿真系统。该项目的完成必将为我国超高分辨率光电成像的研究做出前瞻性的探索，也为我国研制具有自主知识产权的高分辨成像探测器提供一定的理论和技术储备。

1）针对光学成像系统中由于运动造成模糊的问题，采用计算成像处理技术，计算由于运动模糊参数产生的误差，分析误差产生的原因；结合真实世界的光学系统同时存在离焦模糊和运动模糊二者交叉的混合模糊，提出了一种基于倒谱分析参数估计的混合模糊图像全变分复原方法。通过图像倒谱特征分析估计出混合模糊参数，全变分图像复原算法则保证了即使在模糊参数存在估计误差的情况下也能获得较好的复原效果。.2）针对传统光学成像系统的复杂模糊情况，提出了一种基于图像先验约束的单幅模糊图像全变分复原方法。该方法创新性地建立来自图像梯度分布超拉普拉斯全局约束、图像梯度保真局部约束以及模糊核概率分布约束的图像复原模型，采用交替迭代的模糊核估计和图像复原策略，汲取全变分图像复原能够保护图像边缘的优点，旨在抑制不可避免的模糊核估计误差所导致的振铃效应，同时保留更多的细节。.3）针对传统超分辨图像复原算法迭代次数并消耗大量运算时间难题，提出一种图像梯度倒谱分析的单幅模糊图像复原方法。根据梯度倒谱中PSF的再现信息确定其尺寸，避免交替迭代算法中估计PSF尺寸的缺陷，采用相位恢复算法实现PSF估计，提高了估计效率；利用全变分正则化的交替方向图像复原算法实现快速图像去卷积复原，大为提高了运算效率，获得了较好的视觉效果，符合图像超分辨复原问题的实际工程需求。