空间变化图像恢复方法研究

在光学图像处理中，一般把成像系统作为线性空间不变系统；然而由于光学成像系统中像差、焦深、传输介质扰动等因素的影响，把光学成像系统看做线性空间变化系统更具普遍意义。本项目基于光学成像系统的物理成像过程，提出一种直接恢复加点扩散函数插值的思路，消除了现有基于分区域法的空间变化图像恢复方法中存在的振铃效应。在直接恢复算法研究中，采用正则化的思想有效克服图像恢复问题的病态性；在点扩散插值研究中，为了解决系统中不同成像位置点扩散函数难以大量获取的问题，提出了一种基于无网格化的插值法，与现有的矩形网格插值法相比，该插值法具有更强的普适性。为了验证提出的空间变化图像恢复算法与点扩散函数插值方法的有效性，设计了一种能够精确测量点扩散函数的实验平台。

传统图像恢复方法将成像系统近似考虑为线性空间不变系统，而实际成像过程中，受系统像差、气动效应、大气湍流等因素的影响，系统的空间变化特性大，此时将成像系统看做线性空间变化系统具有普遍意义。本项目针对线性空间变化系统的图像恢复问题进行了深入的研究。首先，考虑成像系统点扩散函数的空间变化特性和探测器噪声特性，建立了空间变化成像模型；基于此模型，结合正则化理论，提出了空间变化Richardson-Lucy图像恢复算法、基于二次正则化项的空间变化图像恢复算法及基于变分的空间变化图像恢复算法，其图像恢复效果均优于传统图像恢复算法；研究了空间变化点扩散函数的数值估计问题，我们将其考虑为一个二维插值问题，对比研究了几种常用插值方法的空间变化点扩散函数的估计精度，仿真结果表明，基于插值估计的空间变化点扩散函数的空间变化图像恢复方法优于传统图像恢复方法。