【摘要】：光學(xué)稀疏孔徑成像就是采用多個小孔徑系統(tǒng)組合的方式來等效大孔徑光學(xué)系統(tǒng),以提高光學(xué)系統(tǒng)的高頻性能。光學(xué)稀疏孔徑成像在有效地提高了系統(tǒng)分辨率的同時,能夠解決大孔徑光學(xué)系統(tǒng)難加工、發(fā)射體積大和重量大等問題。但是由于光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)子孔徑分布的離散化和稀疏化,使得系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)在中頻段顯著下降甚至出現(xiàn)缺失現(xiàn)象,這將不可避免的造成圖像對比度和圖像質(zhì)量的下降。本文以改善光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的成像性能為目標(biāo),針對其中頻信息提升和補償?shù)膯栴},從光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的填充因子入手,展開大填充因子和小填充因子兩類系統(tǒng)的中頻信息提升和補償?shù)难芯�。光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)像差分析及系統(tǒng)設(shè)計研究是光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)工程化應(yīng)用的基礎(chǔ)。光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)單孔徑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),給光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的設(shè)計帶來了新的問題。對此論文基于波像差理論分析了光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)子孔徑的位置誤差和像差容限,接著基于給出的位置誤差和像差容限,對兩類光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的設(shè)計方法進行了梳理和分析,給出了兩類光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)的基本設(shè)計流程。最后,基于Zemax光學(xué)設(shè)計軟件設(shè)計了兩類系統(tǒng),Zemax仿真分析結(jié)果表明,設(shè)計的兩套系統(tǒng)具有良好的成像質(zhì)量,從而證明論文給出的系統(tǒng)設(shè)計流程的可行性。目前對于光學(xué)成像系統(tǒng)信息提升常采用圖像復(fù)原的方法。然而,針對光學(xué)系統(tǒng)點擴散函數(shù)的空間變化特性對圖像復(fù)原提升光學(xué)系統(tǒng)信息的影響問題研究較少。針對這一問題,論文首先說明了光學(xué)系統(tǒng)的點擴散函數(shù)空變特性帶來的復(fù)原圖像中的邊緣振鈴和虛假紋理的現(xiàn)象,接著指出采用空間變化圖像復(fù)原方式將會更好的減少邊緣振鈴和虛假紋理的現(xiàn)象。然后,針對空變與空不變復(fù)原方式選擇問題,論文定義了光學(xué)系統(tǒng)空變特性的度量值空間變化度(Degree of Variance,DOV)。在此基礎(chǔ)上,提出了基于光學(xué)系統(tǒng)空間變化度的圖像復(fù)原方式的選擇方法,采用大量的仿真實驗給出了空間變化度的參考值為0.01,即當(dāng)系統(tǒng)的空間變化度小于0.01時采用空不變圖像復(fù)原方式,空間變化度大于0.01時采用空變圖像復(fù)原方式。最后,給出了光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)空間變化成像仿真模型,用于仿真光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)的圖像和評價系統(tǒng)成像的質(zhì)量,以及進行圖像復(fù)原算法的測試。針對大填充因子光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)中頻調(diào)制傳遞函數(shù)下降的問題,在前文分析的基礎(chǔ)上,提出采用直接空間變化圖像復(fù)原法提升圖像信息的方法。首先分析了空間變化圖像復(fù)原的基本問題,針對空間變化點擴散函數(shù)的采樣不足問題,提出了采用主元分析(Principal Components Analysis,PCA)和點插值法(Point Interpolation Method,PIM),獲取全視場點擴散函數(shù)的方法。在此基礎(chǔ)上,給出了基于空間變化圖像復(fù)原的光學(xué)稀疏孔徑圖像復(fù)原算法框架,并將拉普拉斯正則化圖像復(fù)原算法修改為空間變化圖像復(fù)原算法。最后,經(jīng)過數(shù)字仿真實驗驗證了空間變化復(fù)原算法相較于空間不變復(fù)原算法能夠更好的提高圖像質(zhì)量,針對三種典型圖像在20dB時能夠?qū)⒒謴?fù)圖像的改進信噪比提高10%,在30dB時能夠提高12%,在50dB時能夠提高17%。針對小填充因子光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)中頻調(diào)制傳遞函數(shù)缺失的問題,提出基于單孔徑和稀疏孔徑光學(xué)系統(tǒng)所獲圖像進行融合的中頻信息補償方法。首先,通過實驗證明了中頻調(diào)制傳遞函數(shù)缺失(即中頻信息丟失)機理的正確性,然后依據(jù)傅里葉光學(xué)原理建立了兩套光學(xué)系統(tǒng)的中頻缺失補償方案的數(shù)學(xué)模型。接著提出了采用像素級圖像融合方法融合單孔徑系統(tǒng)和稀疏孔徑系統(tǒng)圖像的方法,以獲取包含截止頻率內(nèi)所有空間頻率的圖像�；趦商紫到y(tǒng)的特點設(shè)計了符合系統(tǒng)特點的加權(quán)圖像融合算法。最后,在數(shù)字仿真實驗中,以輻射狀靶標(biāo)圖像為對象,對兩套系統(tǒng)獲取的靶標(biāo)圖像進行融合,實驗結(jié)果直觀的表明圖像的空間頻率得到了很好的補償,證明了論文提出方法的可行性。
【圖文】：

圖 1-3 光電研究所實驗結(jié)果[169]Fig.1-3 Experimental result of IOE[169]1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析針對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以總結(jié)出制約光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)應(yīng)用的兩個問題：一是孔徑離散導(dǎo)致裝調(diào)困難和共相位誤差的探測和補償比較困難，如何矯正后補償共相位誤差是亟待解決的問題；二是由于孔徑離散和稀疏導(dǎo)致的中頻傳遞函數(shù)下降甚至缺失，后期如何處理下降和丟失的信息同樣是一個工程應(yīng)用的重要課題。目前，針對第一個國內(nèi)外科研人員提出了多種探測和補償方法如表 1-3 所示，國內(nèi)中科院成都光電所也在共相位的矯正方面取的了重要成果如圖 1-3 所示，使光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的工程應(yīng)用更進一步�，F(xiàn)有的測量和矯正方法能夠?qū)⑽幌嗾`差控制在一定范圍內(nèi)。從調(diào)制傳遞函數(shù)角度考慮，填充因子下降和裝調(diào)誤差都能導(dǎo)致調(diào)制傳遞函數(shù)的下降，以Golay-3 孔徑系統(tǒng)的活塞誤差為例，分析二者對調(diào)制傳遞函數(shù)的影響。選取一定范圍的活塞誤差，間隔 0.1λ，分析活塞誤差導(dǎo)致的傳遞函數(shù)下降，結(jié)果

光學(xué)稀疏孔徑成像系統(tǒng)的空間變化Space-variant characteristics of OSA s光學(xué)稀疏孔徑系統(tǒng)中頻信息缺失充因子的下降，使得其中頻調(diào)丟失，無論采用何種現(xiàn)有的圖，有必要開展小填充因子的光出適合小填充因子系統(tǒng)的中頻 光學(xué)稀疏孔徑中頻信息補償研究現(xiàn)progress of optimization method of su不足之法 缺少光學(xué)系統(tǒng)空間變化擇圖像復(fù)原方式的方法復(fù)原 沒有考慮點擴散函數(shù)的較大的系統(tǒng)；復(fù)原算法沒有
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;O43

【參考文獻】

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本文編號：2620395