顾及地形因素的S-RVOG模型和PD相干最优算法联合反演植被高度

针对极化干涉SAR植被高度反演中RVOG模型未考虑地形影响,且三阶段算法受到地面相位估计误差和纯体相干性估计误差影响,提出了一种植被高度反演思路,采用考虑地形因素的S-RVOG模型作为反演模型校正地形影响,同时引入PD相干最优算法用于改善三阶段算法中直线拟合地表相位估计和纯体相干性估计精度。为验证算法的有效性,首先采用欧空局提供的PolSARpro软件模拟了不同地形坡度水平的PolInSAR数据进行仿真试验,然后采用德国宇航局提供的E-SAR机载全极化SAR数据进行真实植被场景测试,并进行了定性和定量分析。结果表明,本文方法对于不同坡度水平数据,均能有效改善传统RVOG反演模型中地形影响和三阶段算法自身误差影响,反演精度更高。

双相机相位差异散斑成像技术

开展了用相位差异散斑技术实现图像采集和图像恢复的实验,在实验室环境下设计了针对扩展目标的相位差异散斑成像双相机实验平台。用两台外触发模式的相机同步采集焦面和指定离焦面上的短曝光图像,用变形镜构造光学系统误差,用强力热吹风机模拟大气湍流。分析了用多台相机与单台相机相比引入的不同问题,给出了多通道之间相面旋转问题的处理方法和多通道之间读出噪声不一致时的相位差异散斑法的目标函数;验证了相位差异散斑法提高图像分辨率的能力。分别用采集到的单帧,3帧,10帧图像进行PDS运算并分析结果,与基本的相位差异法相比,多帧相位差异散斑成像所恢复的图像质量有很大的提高。

相位差异散斑法图像复原技术

为了克服大气湍流和光学成像系统像差引起的波前相位畸变,提出利用相位差异散斑法同时采集焦面和离焦面通道的单帧短曝光图像来估算波前相位畸变。结合夏克哈特曼波前探测器设计了针对扩展目标的相位差异散斑法高分辨率成像和相位估计对比实验,通过定量移动高精密平移台获得焦面和离焦面图像,并将解算的波前面形与夏克哈特曼波前探测器实测的波前面形进行对比,验证了相位差异散斑法提高图像分辨率和正确解算波前相位的能力。实验结果表明,估算的波前相位面形和夏克哈特曼实测面形趋势有较好的一致性,恢复后图像分辨率提高了12%,表明该方法是大口径光电成像系统较为理想的图像恢复技术之一。

自适应光学图像事后重建技术研究进展

为进一步提高自适应光学系统的成像质量,本文针对目前广泛使用的盲解卷积,相位差法和斑点重建技术开展了深入研究;详细分析了以上三种技术的各自特点、应用场景和处理对象,并结合自适应光学系统的特点,有针对性的加以算法改进;实验采用自适应光学人眼视网膜细胞图像和自适应光学太阳黑子图像进行算法验证,结果表明经改进后的图像处理技术可以有效提高自适应光学图像的质量和分辨力,较好的满足了自适应光学系统对图像事后处理的需求。

高分辨率太阳图像重建方法

高空间分辨率的太阳观测数据有助于深入研究太阳大气现象、太阳物理基本问题。地基大口径太阳望远镜常通过自适应光学技术和图像重建技术获取高空间分辨率图像。目前太阳图像重建技术主要有斑点成像术和斑点相位差法两类。介绍了斑点成像术中几类方法的原理,阐述了斑点成像术重建太阳像的流程以及几个关键步骤,介绍了多帧盲反卷积和相位差法的原理,比较了斑点成像术和斑点相位差法的特点,最后阐述了它们在太阳高分辨率观测中的应用和发展趋势。

利用多通道相位差异波前探测法检测自适应光学系统非共光路像差

针对自适应光学系统非共光路像差检测中遇到的若干实际问题,设计了基于多通道相位差异法的波前探测器,用于在不对光路进行任何改变的前提下定量测量自适应光学系统的第一像面到成像相机之间的像差。与前人的双通道相位差异波前探测器相比,该方法对波前具有更强的约束力,从而能够对目标光源的形状容忍力更强,理论上对波前求解的精度更高。将该方法应用于1.23m口径自适应光学系统的非共光路的静态像差测量,取得了良好的效果,为光路装调带来了极大的方便。将测得的像差直接用于变形镜的初始偏置,大大提高了成像质量。

相位互异散斑校正技术研究

相位互异散斑(PDS)是一种新颖的成像技术,可用来克服由于未知相差(如大气扰动)带来的图像退化。利用泽尼克多项式拟合未知扰动造成的相位失真,并用一对图像求得波前相位。从分析相位互异散斑技术的机理出发,使用遗传算法作为迭代算法,基于仿真实验数据验证了该技术的可行性,并在仿真实验中分析影响该技术性能的一些因素,如泽尼克多项式模式和湍流大小的影响等。这些研究结果为探索模糊图像恢复提供了新的途径。

相位差异技术在靶场光学测量设备中的应用

在分析光学设备需求、相位差异技术基本原理的基础上,对相位差异技术进行实验验证,并就其在靶场光学测量设备中的应用进行技术探讨。根据实验结果,原始图像的Fisher值为6.98×10-4,采用相位差异技术恢复后,图像的Fisher值提高到2.50×10-3,恢复结果验证了相位差异技术对水平传输过程中大气扰动的抑制能力。研究表明,该技术可有效改善大气湍流、光学系统像差对光学测量设备高分辨力成像的影响,还可应用于光学测量设备安装调试过程以及外场期间故障诊断和像差检测及校正。针对该技术实时性不足的问题,提出了优化算法、优化软件结构、选择高性能处理器等解决方案。

一种基于瞳面相位差的波前传感器相位恢复

根据瞳面相位差波前传感器的特点,提出把模式分解和随机并行梯度下降算法结合起来实现波前相位的恢复。以32单元变形镜的初始面形和Roddier提出的相位生成方法随机产生的一帧相屏为研究对象,分析所提出的相位恢复算法的性能。结果表明,两种情况下的畸变波前都得到了很好的恢复。当像差仅含有低阶成分时,使用模式分解法就可获得令人满意的效果。高阶成分较多时,各阶之间的耦合使得模式分解法的误差增大。采用模式分解法得到初始解,在初始解的基础上继续采用随机并行优化算法进行优化,可以得到精确解。对噪声情况下的相位恢复结果表明,该相位恢复算法具有较强的抗噪能力。

利用空间光调制器实现基于相位多样性的多帧散斑成像

提出了一种利用空间光调制器实现基于相位多样性的散斑成像方法,通过调制空间光调制器(SLM)改变成像系统的孔径函数,记录每次改变时相应的散斑图和孔径函数的变化,然后对记录的多帧结果采用最大似然估计法和拟牛顿算法重建隐藏目标图像。数值模拟结果表明,采用空间光调制器改变非相关成像系统孔径函数的方法,相比以往改变相机位置的方法,能够改善相机位置移动所带来的成像质量下降问题。