超声速飞行器气动光学效应红外图像复原理论与方法研究

超声速/高超声速飞行器在稠密大气层内飞行时产生的气动光学效应，会导致弹载光学系统接收到的目标图像出现模糊、像素偏移与抖动、信噪比和对比度降低等图像退化现象，并已经成为制约超声速飞行器发展的瓶颈问题。因此，拟通过气动光学效应图像退化机理和图像复原理论的研究，建立气动光学效应图像退化模型及其降晰函数，构建退化红外图像仿真系统，提出体现气动光学效应降质特点的基于非下采样轮廓波变换的气动光学效应退化图像去噪新方法，提出基于动态广义直方图的气动光学效应退化图像均衡去模糊新算法，提出基于特征点匹配的气动光学效应像素偏移退化图像校正新方法，提出气动光学效应退化图像盲复原及振铃波纹消除新方法等，并进行退化图像复原仿真和复原图像的目标识别验证。为解决我国在发展超声速/高超声速飞行器红外成像精确制导系统所面临的技术难题提供理论和技术支持。研究内容不仅具有重要的理论意义和学术研究价值，而且具有广阔的应用前景。

针对超声速飞行器在稠密大气层内飞行时产生的气动光学效应，以图像退化机理和图像复原理论为依据，从气动光学效应退化红外图像仿真、退化图像去噪、退化图像像素偏移校正、退化图像去模糊以及振铃消除等五个方面进行了深入的研究。在气动光学传输效应方面，提出了一种基于湍流三重分解理论的仿真方法。在此基础上，仿真出不同成像积分时间的点扩展函数和模糊图像，结果与风洞实验数据相吻合，为气动光学效应退化图像的复原研究提供了必要的基础。针对气动热环境下红外成像受热辐射噪声干扰的问题，提出了一种基于热成像原理的热噪声去除算法，提出了一种基于循环检测的图像自适应混合域去噪算法。实验结果表明去除热辐射噪声效果明显，图像质量得到了改善。针对湍流引起像抖动和像偏移问题，提出了一种基于低秩稀疏分解的图像稳像算法，提出了一种结合仿射变换和多层B样条配准的畸变校正方法。在仿真图像和实际序列上分别进行实验，结果表明方法能够有效降低湍流造成像素偏移畸变，在轻微模糊干扰下校正结果依然理想。在分析图像模糊退化机理的基础上，对于降晰函数辨识问题，提出了一种基于图像质量评价的降晰函数辨识方法，该算法能较好地辨识降晰函数参数和支持域大小，所得结果可以为其他复原算法提供降晰函数和复原图像的起始估计。在湍流退化红外图像复原校正方面，提出了一种基于改进增量Wiener滤波器的校正算法。在振铃效应的抑制方面，提出了基于边缘分离的去振铃复原方法。实验表明，该方法能有效降低复原图像中的振铃效应，提高图像质量。针对退化视频复原的复杂性，提出了一种基于非凸势函数优化与动态自适应滤波的湍流退化视频复原方法。.本项目研究成果为解决我国发展超声速/高超声速飞行器红外成像精确制导系统所面临的技术难题提供理论和技术支持，具有广阔的应用前景。