基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

郭世平, 杨宁, 张子腾, 胡苏海, 张荣之

文章导航 > 红外与激光工程 > 2019 > 48(1): 117004-0117004(5)

郭世平, 杨宁, 张子腾, 胡苏海, 张荣之. 基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(1): 117004-0117004(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0117004

引用本文:

郭世平, 杨宁, 张子腾, 胡苏海, 张荣之. 基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(1): 117004-0117004(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0117004

Guo Shiping, Yang Ning, Zhang Ziteng, Hu Suhai, Zhang Rongzhi. Space object deconvolution from wavefront sensing by wavefront phase modelling based on simplex splines function[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(1): 117004-0117004(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0117004

Citation:

Guo Shiping, Yang Ning, Zhang Ziteng, Hu Suhai, Zhang Rongzhi. Space object deconvolution from wavefront sensing by wavefront phase modelling based on simplex splines function[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(1): 117004-0117004(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0117004

基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

doi: 10.3788/IRLA201948.0117004

1.
西北工业大学自动化学院,陕西西安 710129;
2.
西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室,陕西西安 710043

基金项目:

国家自然科学基金（61308083，61773315）

作者简介:
郭世平(1985-),男,助理教授,博士,主要从事计算成像技术及其应用、光学图像处理与分析等方面的研究。Email:guoship@163.com

通讯作者: 杨宁(1977-),女,副教授,博士,主要从事计算机视觉、数字图像处理、人工智能及大数据分析等方面的研究。Email:ningyang@nwpu.edu.cn

中图分类号: TP751;O439

Space object deconvolution from wavefront sensing by wavefront phase modelling based on simplex splines function

1.
School of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710129,China;
2.
State Key Laboratory of Astronautic Dynamics,Xi'an Satellite Control Center,Xi'an 710043,China

摘要: 针对空间目标地基自适应光学望远镜成像过程中同时记录目标图像及波前传感器数据的情形，提出了一种利用波前测量数据的空间目标自适应光学图像复原方法。该方法将大气降质波前表示为望远镜孔径内的二元单纯形样条函数，而非传统的Zernike模式的线性组合，基于该区域表示，为哈特曼-夏克波前传感器建立了平均斜率测量模型，进而非适定的波前重构问题转化为良态等式约束最小二乘问题，最终的目标图像即可通过非盲解卷积方法获得。仿真实验验证了提出的方法在不同的湍流强度下均能表现出良好的复原效果，对测量噪声亦不敏感。
- 自适应光学 /
- 图像复原 /
- 波前重构 /
- 单纯形样条 /
- 区域法
Abstract: An image restoration method for ground-based adaptive optics telescope imaging was proposed in the case of simultaneous recording of short exposure images and wavefront sensor measurements. The proposed method was based on a zonal representation of the turbulence-degraded wavefront phase using bivariate simplex splines function, instead of the traditional Zernike modal decomposition; an average slopes measurement model for Shack-Hartmann wavefront sensor was then built based on the zonal representation method, which transformed the ill-posed wavefront reconstruction problem into a well-conditioned equality constrained least squares problem. The object image was finally obtained by non-blind Richardson -Lucy iterative deconvolution. Simulated experiments show that the proposed method performs superior image restoration results and noise suppression capability in different turbulence strength.
- adaptive optics /
- image restoration /
- wavefront reconstruction /
- simplex splines /
- zonal method

[1]	Zhang Yuye, Zhou Shengming, Zhao Yuliang, et al. Motion-blurred image deblurring of fast moving target[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(4):0428001. (in Chinses)张玉叶, 周胜明, 赵育良, 等. 高速运动目标的运动模糊图像复原研究[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(4):0428001.
[2]	Mugnier L M, Robert C, Conan J M, et al. Myopic deconvolution from wave-front sensing[J]. J Opt Soc Am A, 2001, 18:862-872.
[3]	Primot J. Theoretical description of Shack-Hartmann wave-front sensor[J]. Optics Communications, 2003, 222:81-92.
[4]	Wang Xiaopeng, Liu Ke, Li Yanqiu. Slope and curvature signal extraction algorithm based on subaperture wavefront amplitude modulationt[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(12):1217003. (in Chinses)王晓鹏, 刘克, 李艳秋. 基于子孔径波前振幅调制的斜率和曲率信号提取算法[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(12):1217003.
[5]	C C de Visser, Verhaegen M. Wavefront reconstruction in adaptive optics systems using nonlinear multivariate splines[J]. J Opt Soc Am A, 2013, 30:82-95.
[6]	Lai M -J, Schumaker L L. Spline Functions on Triangulations[M]. Cambridge:Cambridge University Press, 2007.
[7]	Jefferies S M, Hart M. Deconvolution from wave front sensing using the frozen flow hypothesis[J]. Opt Express, 2011, 19:1975-1984.
[8]	Lawson C L, Hanson R J. Solving Least Squares Problems[M]. US:SIAM, 1995.
[9]	Lucy L B. An iterative technique for the rectification of observed distributions[J]. The Astronomical Journal, 1974, 79:745.
[10]	Richards W H. Bayesian-based iterative method of image restoration[J]. J Opt Soc Am, 1972, 62:55-59.
[11]	Noll R J. Zernike polynomials and atmospheric-turbulence[J]. J Opt Soc Am, 1976, 66:207-211.
[12]	Bao Hua, Rao Changhui, Tian Yu, et al. Research progress on adaptive optical image post reconstruction[J]. Opto-Electronic Engineering, 2018, 45(3):170730. (in Chinese)鲍华, 饶长辉, 田雨, 等. 自适应光学图像事后重建技术研究进展[J]. 光电工程, 2018, 45(3):170730.
[13]	Rao C, Jiang W, Zhang Y, et al. Performance on the 61-element upgraded adaptive optical system for 1.2-m telescope of the Yunnan Observatory[C]//Adaptive Optics and Applications Ⅲ. International Society for Optics and Photonics, 2004, 5639:11-21.

[1]	赵辉, 吕典楷, 安静, 邝凯达, 余孟洁, 张天骐. 空间光波前畸变校正中的元启发式SPGD算法 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210759-1-20210759-11. doi: 10.3788/IRLA20210759
[2]	赵辉, 邝凯达, 吕典楷, 余孟洁, 安静, 张天骐. 空间光波前畸变校正中SPGD方法的自适应优化 . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20210697-1-20210697-8. doi: 10.3788/IRLA20210697
[3]	张阳, 何宇龙, 宁禹, 孙全, 李俊, 许晓军. 远场光斑反演波前相位的深度学习方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20200363-1-20200363-10. doi: 10.3788/IRLA20200363
[4]	詹海潮, 王乐, 彭秦, 王文鼐, 赵生妹. 涡旋光束的自适应光学波前校正技术研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20210428-1-20210428-10. doi: 10.3788/IRLA20210428
[5]	李荣华, 唐智超, 朴俊峰, 李宏亮. 偏振参数最优重构的水下降质图像清晰化方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20200426-1-20200426-9. doi: 10.3788/IRLA20200426
[6]	贾启旺, 李新阳, 罗曦. 自适应光学系统运行失稳检测方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(10): 20200299-1-20200299-10. doi: 10.3788/IRLA20200299
[7]	牛威, 郭世平, 史江林, 邹建华, 张荣之. 自适应光学成像事后处理LoG域匹配图像质量评价 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1111005-1111005(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1111005
[8]	罗瑞耀, 王红岩, 宁禹, 丁枫, 万国新, 许晓军. 基于阵列激光导星的自适应光学波前探测数值仿真 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1111003-1111003(9). doi: 10.3788/IRLA201847.1111003
[9]	高春清, 张世坤, 付时尧, 胡新奇. 涡旋光束的自适应光学波前校正技术 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 201001-0201001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0201001
[10]	毛珩, Tao Louis, 陈良怡. 自适应光学技术在深层动态荧光显微成像中的应用和发展 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 602001-0602001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0602001
[11]	闫伟, 陈志华, 杜太焦, 关奇. 基于相关波前探测算法校正热晕的数值模拟 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1032001-1032001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1032001
[12]	陈波, 杨靖, 李新阳, 杨旭, 李小阳. 相干光照明主动成像波前畸变的数字式快速校正 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 732001-0732001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0732001
[13]	杨萍, 宋宏, 楼利旋, 刘腾君, 张嘉恒, 王杭州, 詹舒越, 黄慧, 穆全全, 杨文静. 盐水和沙子上方传输激光束波前畸变校正的对比研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 432001-0432001(7). doi: 10.3788/IRLA201645.0432001
[14]	李琦, 杨永发, 胡佳琦. 一种用于太赫兹共焦扫描图像复原的复合算法 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 321-326.
[15]	马辰昊, 付跃刚, 贺文俊, 王加科, 董亭亭. 双光楔微扫描哈特曼-夏克波前探测技术 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2813-2818.
[16]	杨慧珍, 刘荣, 刘强. 基于变形镜本征模的模型式无波前探测自适应光学系统 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3639-3644.
[17]	葛琪, 王可东, 张弘, 李桂斌, 邸超. 长曝光大气湍流退化图像点扩散函数估计 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1327-1331.
[18]	王莎, 陈跃庭, 冯华君, 徐之海, 李奇. 基于TwIST-TV 约束的图像去模糊方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 2000-2006.
[19]	孟伟, 金龙旭, 李国宁, 傅瑶. 调制传递函数在遥感图像复原中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1690-1696.
[20]	洪汉玉, 李良成, 章秀华, 颜露新, 张天序. 目标探测多波段图像统一复原及实验验证 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 251-255.

WeChat

点击查看大图

计量

文章访问数: 559
HTML全文浏览量: 95
PDF下载量: 40
被引次数: 0

基于波前相位单纯形样条函数建模的空间目标波前解卷积方法

doi: 10.3788/IRLA201948.0117004

1. 西北工业大学自动化学院,陕西西安 710129;

2. 西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室,陕西西安 710043

作者简介:
郭世平(1985-),男,助理教授,博士,主要从事计算成像技术及其应用、光学图像处理与分析等方面的研究。Email:guoship@163.com

通讯作者: 杨宁(1977-),女,副教授,博士,主要从事计算机视觉、数字图像处理、人工智能及大数据分析等方面的研究。Email:ningyang@nwpu.edu.cn

收稿日期: 2018-08-07
修回日期: 2018-09-10
刊出日期: 2019-01-25

基金项目:

国家自然科学基金（61308083，61773315）

中图分类号: TP751;O439

关键词:

摘要: 针对空间目标地基自适应光学望远镜成像过程中同时记录目标图像及波前传感器数据的情形，提出了一种利用波前测量数据的空间目标自适应光学图像复原方法。该方法将大气降质波前表示为望远镜孔径内的二元单纯形样条函数，而非传统的Zernike模式的线性组合，基于该区域表示，为哈特曼-夏克波前传感器建立了平均斜率测量模型，进而非适定的波前重构问题转化为良态等式约束最小二乘问题，最终的目标图像即可通过非盲解卷积方法获得。仿真实验验证了提出的方法在不同的湍流强度下均能表现出良好的复原效果，对测量噪声亦不敏感。

English Abstract

全文HTML

参考文献 (13)

/

下载: 全尺寸图片幻灯片

分享

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

返回