简单光学系统计算成像技术研究

doi:BCC8CB1C3742FFAEDD5E8D620B6EB38B

	简单光学系统计算成像技术研究
	郑云达
学位类型	博士
导师	黄玮
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	计算成像图像复原点扩散函数光学系统设计
摘要	为了满足人们对获取高像质图像的需求,现代光学成像系统被设计得非常复杂,带来了体积大、重量重、价格昂贵等问题。在满足系统高像质的同时,实现系统的低成本、小型化在消费、安防、遥感、医疗等领域有着重要的意义和广泛的应用前景。简单光学系统的计算成像技术是一种新兴的结合图像处理方法简化光学系统的技术。该技术放松前端光学系统设计中的成像质量要求,在后端利用图像复原算法去除系统的残余像差,从而使系统得到简化,在保证高像质的同时,实现前端光学系统的低成本、小型化的目的。论文以简单光学系统的计算成像技术为研究主题,围绕该技术中三项重要的组成技术光学图像复原算法、点扩散函数(Point Spread Function,PSF)获取以及光学-算法协同设计开展了以下工作:1)图像复原算法研究。详细分析引起光学系统像质退化的因素,将退化因素归纳为引起图片模糊和形变的两类,建立了图像两类退化的模型。根据模型和目前先进的图像去卷积算法,提出了一个适合简单光学系统的空间变化交叉通道图像复原算法。算法首先校正了图像的倍率色差和畸变,保证交叉通道先验的有效性;然后使用交叉通道去卷积算法对模糊图像进行分块复原,有效减弱光学系统设计中较难校正的色差,复原高像质图像。2)PSF获取研究。介绍PSF的概念和特征,阐述PSF的准确获取对复原图像质量的重要性。分析了影响PSF获取中关键且容易被忽视的器件——彩色图像探测器的结构和宽光谱特性,讨论了PSF的宽光谱特性及测量和模拟两种方法获取PSF的局限性。然后,提出了使用测量PSF修正PSF的模拟进而获取宽光谱PSF的设想。基于这个设想,提出了两种实际光学系统的宽光谱PSF获取方法。一种是根据测量的物方光谱和单波长PSF加权相加计算宽光谱PSF,能够准确估计宽光谱PSF;一种是针对实际物方光谱复杂的应用场景,计算生成一个能够减弱探测器颜色通道内所有波长引起的模糊的宽光谱通用的PSF。通过实际实验证明,两种方法都能在减弱简单光学系统模糊程度的同时,几乎不引入人工痕迹(artifacts),保证图像复原的稳定性,明显优于目前先进的PSF获取方法。3)光学-算法协同设计研究。提出了一种简单光学系统的光学-算法协同设计方法。结合前面提出图像复原算法,在光学系统的设计中,放松色差的约束,增加绿色通道的优化权重,使绿色通道成像锐利,在简化了系统设计的同时,保证复原图像的质量。利用这种方法,设计了一款仅含有两个镜片的大视场高像质简单光学系统和一款含有7个球面镜片的超低远摄比简单长焦光学系统。通过实验证明,两个系统所成的模糊图像经过图像复原算法处理后,均能得到高像质图像。
页数	121
DOI	BCC8CB1C3742FFAEDD5E8D620B6EB38B
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63901
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	郑云达. 简单光学系统计算成像技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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简单光学系统计算成像技术研究.caj（7602KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文