简单光学系统计算成像技术研究
发布时间：2021-01-17 23:42
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...
【文章来源】：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)吉林省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单片凸透镜头Figure1.1single-elementconvexlens.
图 1. 2 一些经典的光学成像镜头Figure 1.2 Some classic optical lens随着计算机的发明，处理器和光学设计软件的不断更新，强大的算力让人们拥有了处理优化更多镜片数量和更复杂结构的能力。现代光学成像系统为了追求高像质成像，一个镜头甚至可以包含十几片透镜。图 1. 3 展示了 3 款佳能消费级摄影镜头[12-14]。图 1. 3（a）的镜头焦距是 14mm，F 数是 2.8；图 1. 3 的镜头焦距是 35mm，F 数是 1.4；图 1. 3（c）的镜头焦距是 300mm，F 数是 2.8。我们可以看到，三款镜头的镜片数均已超过十个，镜头的重量和体积非常大。在图中，带有特殊颜色的镜片还代表镜片使用了特殊的加工技术和材料。其中，紫色代表非球面镜片，蓝色表示超低色散（Ultra Low Dispersion, UD）镜片，浅绿色表示蓝光光谱折射（Blue Spectrum Refractive, BR）复合镜片，深绿色表示萤石镜片。这些特殊的技术和材料的使用能够高效地减小光学系统的单色像差和色差，虽然在一定程度上控制了镜头的体积和重量，但是也带来了成本高昂的问题。在非球
Figure 1.2 Some classic optical lens随着计算机的发明，处理器和光学设计软件的不断更新，强大的算力让人们拥有了处理优化更多镜片数量和更复杂结构的能力。现代光学成像系统为了追求高像质成像，一个镜头甚至可以包含十几片透镜。图 1. 3 展示了 3 款佳能消费级摄影镜头[12-14]。图 1. 3（a）的镜头焦距是 14mm，F 数是 2.8；图 1. 3 的镜头焦距是 35mm，F 数是 1.4；图 1. 3（c）的镜头焦距是 300mm，F 数是 2.8。我们可以看到，三款镜头的镜片数均已超过十个，镜头的重量和体积非常大。在图中，带有特殊颜色的镜片还代表镜片使用了特殊的加工技术和材料。其中，紫色代表非球面镜片，蓝色表示超低色散（Ultra Low Dispersion, UD）镜片，浅绿色表示蓝光光谱折射（Blue Spectrum Refractive, BR）复合镜片，深绿色表示萤石镜片。这些特殊的技术和材料的使用能够高效地减小光学系统的单色像差和色差，虽然在一定程度上控制了镜头的体积和重量，但是也带来了成本高昂的问题。在非球面镜片的加工和检测方面，还需要更尖端复杂的技术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于像差选择性校正的光学-数字联合设计[J]. 谭政,相里斌,吕群波,方煜,孙建颖,赵娜. 光子学报. 2018(05)
[2]彩色数码相机单幅RGB图像光谱重建研究[J]. 梁金星,万晓霞. 光学学报. 2017(09)
[3]非凸高阶全变差正则化自然光学图像盲复原[J]. 郭从洲,秦志远. 光学精密工程. 2015(12)
[4]基于点扩散函数的小目标辐射测量[J]. 常松涛,孙志远,张尧禹,朱玮. 光学精密工程. 2014(11)
[5]基于L0正则化模糊核估计的遥感图像复原[J]. 闫敬文,彭鸿,刘蕾,金光,钟兴. 光学精密工程. 2014(09)
[6]基于星点图像的小像差复原[J]. 陈新华,季轶群,沈为民. 光学精密工程. 2012(04)
[7]点扩散函数高斯拟合估计与遥感图像恢复[J]. 杨利红,赵变红,张星祥,任建岳. 中国光学. 2012(02)
[8]基于Richardson-Lucy的图像去模糊新算法[J]. 赵博,张文生,丁欢. 计算机工程与应用. 2011(34)
[9]基于倾斜刃边法的调制传递函数计算及图像复原[J]. 李铁成,陶小平,冯华君,徐之海. 光学学报. 2010(10)
[10]基于数码相机的光谱重构研究[J]. 陈奕艺,徐海松,张显斗,M.Ronnier Luo. 光学学报. 2009(05)
博士论文
[1]基于计算光学的非完善光学系统图像质量提高及其应用研究[D]. 崔金林.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) 2018
[2]基于光学成像特性的高分辨图像复原技术研究[D]. 陶小平.浙江大学 2010
硕士论文
[1]提升成像质量的计算光学设计方法研究[D]. 王娇阳.西安电子科技大学 2017
[2]基于计算光学的简单透镜成像技术[D]. 郝建坤.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]基于空变系统图像恢复的点扩散函数获取研究[D]. 郝玲.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2983822
【文章来源】：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)吉林省
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单片凸透镜头Figure1.1single-elementconvexlens.
图 1. 2 一些经典的光学成像镜头Figure 1.2 Some classic optical lens随着计算机的发明，处理器和光学设计软件的不断更新，强大的算力让人们拥有了处理优化更多镜片数量和更复杂结构的能力。现代光学成像系统为了追求高像质成像，一个镜头甚至可以包含十几片透镜。图 1. 3 展示了 3 款佳能消费级摄影镜头[12-14]。图 1. 3（a）的镜头焦距是 14mm，F 数是 2.8；图 1. 3 的镜头焦距是 35mm，F 数是 1.4；图 1. 3（c）的镜头焦距是 300mm，F 数是 2.8。我们可以看到，三款镜头的镜片数均已超过十个，镜头的重量和体积非常大。在图中，带有特殊颜色的镜片还代表镜片使用了特殊的加工技术和材料。其中，紫色代表非球面镜片，蓝色表示超低色散（Ultra Low Dispersion, UD）镜片，浅绿色表示蓝光光谱折射（Blue Spectrum Refractive, BR）复合镜片，深绿色表示萤石镜片。这些特殊的技术和材料的使用能够高效地减小光学系统的单色像差和色差，虽然在一定程度上控制了镜头的体积和重量，但是也带来了成本高昂的问题。在非球
Figure 1.2 Some classic optical lens随着计算机的发明，处理器和光学设计软件的不断更新，强大的算力让人们拥有了处理优化更多镜片数量和更复杂结构的能力。现代光学成像系统为了追求高像质成像，一个镜头甚至可以包含十几片透镜。图 1. 3 展示了 3 款佳能消费级摄影镜头[12-14]。图 1. 3（a）的镜头焦距是 14mm，F 数是 2.8；图 1. 3 的镜头焦距是 35mm，F 数是 1.4；图 1. 3（c）的镜头焦距是 300mm，F 数是 2.8。我们可以看到，三款镜头的镜片数均已超过十个，镜头的重量和体积非常大。在图中，带有特殊颜色的镜片还代表镜片使用了特殊的加工技术和材料。其中，紫色代表非球面镜片，蓝色表示超低色散（Ultra Low Dispersion, UD）镜片，浅绿色表示蓝光光谱折射（Blue Spectrum Refractive, BR）复合镜片，深绿色表示萤石镜片。这些特殊的技术和材料的使用能够高效地减小光学系统的单色像差和色差，虽然在一定程度上控制了镜头的体积和重量，但是也带来了成本高昂的问题。在非球面镜片的加工和检测方面，还需要更尖端复杂的技术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于像差选择性校正的光学-数字联合设计[J]. 谭政,相里斌,吕群波,方煜,孙建颖,赵娜. 光子学报. 2018(05)
[2]彩色数码相机单幅RGB图像光谱重建研究[J]. 梁金星,万晓霞. 光学学报. 2017(09)
[3]非凸高阶全变差正则化自然光学图像盲复原[J]. 郭从洲,秦志远. 光学精密工程. 2015(12)
[4]基于点扩散函数的小目标辐射测量[J]. 常松涛,孙志远,张尧禹,朱玮. 光学精密工程. 2014(11)
[5]基于L0正则化模糊核估计的遥感图像复原[J]. 闫敬文,彭鸿,刘蕾,金光,钟兴. 光学精密工程. 2014(09)
[6]基于星点图像的小像差复原[J]. 陈新华,季轶群,沈为民. 光学精密工程. 2012(04)
[7]点扩散函数高斯拟合估计与遥感图像恢复[J]. 杨利红,赵变红,张星祥,任建岳. 中国光学. 2012(02)
[8]基于Richardson-Lucy的图像去模糊新算法[J]. 赵博,张文生,丁欢. 计算机工程与应用. 2011(34)
[9]基于倾斜刃边法的调制传递函数计算及图像复原[J]. 李铁成,陶小平,冯华君,徐之海. 光学学报. 2010(10)
[10]基于数码相机的光谱重构研究[J]. 陈奕艺,徐海松,张显斗,M.Ronnier Luo. 光学学报. 2009(05)
博士论文
[1]基于计算光学的非完善光学系统图像质量提高及其应用研究[D]. 崔金林.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) 2018
[2]基于光学成像特性的高分辨图像复原技术研究[D]. 陶小平.浙江大学 2010
硕士论文
[1]提升成像质量的计算光学设计方法研究[D]. 王娇阳.西安电子科技大学 2017
[2]基于计算光学的简单透镜成像技术[D]. 郝建坤.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]基于空变系统图像恢复的点扩散函数获取研究[D]. 郝玲.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2983822
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