基于計(jì)算成像的大視場(chǎng)高分辨相機(jī)的研究與仿真.pdf

1、視場(chǎng)角和分辨率是光學(xué)系統(tǒng)非常重要的兩個(gè)性能指標(biāo)，從而大視場(chǎng)成像和高分辨成像成為了光學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)展的兩個(gè)重要方向。然而，在傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，視場(chǎng)和分辨率之間存在著相互制約的關(guān)系，難以同時(shí)滿足大視場(chǎng)和高分辨兩個(gè)要求。同時(shí)，現(xiàn)有的大視場(chǎng)高分辨成像系統(tǒng)都或多或少存在著光學(xué)設(shè)計(jì)難度、材料加工成本、成像限制條件等多方面的不足。大視場(chǎng)高分辨成像在航天航空、安全監(jiān)控等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而計(jì)算成像系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)高分辨成像的有效途徑，具有

2、重要的意義。
　　本文首先調(diào)研了大視場(chǎng)高分辨相機(jī)的背景、發(fā)展需求以及技術(shù)難點(diǎn);總結(jié)了基于計(jì)算成像的大視場(chǎng)高分辨相機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，包括同心多尺度理論、計(jì)算成像技術(shù)、圖像復(fù)原技術(shù)、圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域。
　　其次介紹了基于計(jì)算成像的大視場(chǎng)高分辨相機(jī)的相關(guān)理論，從傳統(tǒng)透鏡系統(tǒng)比例法則的推導(dǎo)開(kāi)始，研究光學(xué)系統(tǒng)性能和結(jié)構(gòu)的關(guān)系;研究在計(jì)算成像系統(tǒng)中透鏡比例法則的發(fā)展和變化;介紹了多尺度光學(xué)設(shè)計(jì)和同心光學(xué)設(shè)計(jì)這兩種獨(dú)特的光學(xué)設(shè)計(jì)

3、思路，并重點(diǎn)闡述了結(jié)合了兩者特性的同心多尺度計(jì)算成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
　　然后介紹了空間變化PSF光學(xué)系統(tǒng)的成像模型，從波像差的角度研究光學(xué)系統(tǒng)的幾何像差和PSF之間的關(guān)系;研究了各種初級(jí)像差的波像差表達(dá)，像差表現(xiàn)以及PSF特性;針對(duì)同心多尺度計(jì)算成像系統(tǒng)中圖像退化的特點(diǎn)，研究了空間變化PSF圖像復(fù)原技術(shù)，提出了基于分色校正的大像差光學(xué)成像系統(tǒng)圖像處理方法，用于像差校正。該方法將彩色圖像分為紅、綠、藍(lán)三通道，采用一種非線性圖像縮

4、放的方法將不同色光的放大倍率統(tǒng)一來(lái)完成倍率色差的校正，并利用圖像分塊的方式，使用Lucy-Richardson算法對(duì)單色圖像去模糊完成單色像差的校正，最后融合三通道獲得校正圖像。
　　最后，根據(jù)基于計(jì)算成像的同心多尺度大視場(chǎng)高分辨相機(jī)的相關(guān)研究，建立了一套軟件仿真系統(tǒng)。通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件建立了單球鏡計(jì)算成像系統(tǒng)，并分析了該光學(xué)系統(tǒng)的成像特性，以此為基礎(chǔ)，加入中繼透鏡，進(jìn)一步完善該計(jì)算成像系統(tǒng)，并分析其特性，闡述其優(yōu)劣。對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)