简易光学系统成像的图像恢复方法研究

发布时间：2020-06-21 03:33

【摘要】：光学系统设计越复杂,成本越高昂、维护难度越高,因此使用简易光学成像系统就十分必要。但是简易光学系统存在严重像差而导致所成图像质量下降,出现模糊、失真等问题。根据简易光学系统成像特性,建立存在像差的情况下简易光学系统的点扩散函数模型,提出一种解决简易光学系统所成图像质量下降问题的方法——基于相位差异法(PD)的简易光学系统成像图像恢复方法。本文主要研究内容如下:(1)研究简易光学系统成像的特性,分析光学系统中出现的几种初级像差;分析像差、光瞳函数、点扩散函数和光学传递函数之间的关系,建立简易光学系统的点扩散函数模型。(2)对盲图像恢复方法中的非负支撑域递归滤波法(NAS-RIF)、最大后验概率法(MAP)和相位恢复法(PR)进行原理研究和优缺点分析,为避免上述方法中如图像背景要求均匀、点扩散函数维度小和初始输入参数敏感等问题,提出基于PD法的简易光学系统成像图像恢复方法。进行PD法的原理研究,建立PD法的数学模型;研究PD法中病态性问题的解决方式、离焦像差引入量和光学系统参数之间的关系以及光学系统瞳面和像面的采样关系。(3)研究图像质量评价的主观评价方法和客观评价方法,分析各方法的适用性和局限性,并分析客观评价方法的几种评价指标。使用单片透镜、两片透镜和三片透镜组成的三种简易光学系统,搭建光学成像系统,采集图像进行图像恢复实验。分析不同简易光学系统下图像恢复的质量,选取各光学系统的最佳的离焦量,比较不同方法的图像恢复结果;根据所得点扩散函数进行单幅图像恢复以提高图像恢复效率。实验结果表明:本文方法恢复的图像质量有明显的提高,在一定范围内简易光学系统恢复图像质量可接近较复杂系统的成像质量,并且在光学系统结构不变时可使用单幅图像恢复方法提高图像恢复效率。本文方法对实际工程应用中光学系统的简化具有重大意义。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;O43
【图文】：

示意图,光学系统,示意图,像差

从而严重影响图像质量。本章节首先对光学系统的简化进行简易光学系统成像时的像差进行分析，然后根据像差、光瞳函数、点扩传递函数之间的关系，建立简易光学系统的点扩散函数模型，最后介绍式——泽尼克多项式。简易光学系统成像特性般光学系统设计时将会加入非球面透镜、特制形状的透镜等特殊透镜或所使用的球面透镜校正或者补偿球面镜所带来的球差、色差等误差，并降低光学系统结构的复杂度，同时保证成像质量。但是，受限于工业技非球面透镜的加工或者特殊材料的制作通常造价高昂、精度有限，而且性的制作特殊透镜，这在一定程度上增加了光学系统的制作成本和难度普适性，因此在保证像差和造价在可接受范围内时可通过简化光学系统殊透镜的使用来降低光学系统设计复杂度和设计难度。如图 2.1 所示，的使用，只使用少量的普通球面透镜甚至是只用单透镜组成简易光

光学系统,成像,光路,复杂度

将会加入非球面透镜、特校正或者补偿球面镜所带的复杂度，同时保证成像或者特殊材料的制作通常，这在一定程度上增加了证像差和造价在可接受范低光学系统设计复杂度和量的普通球面透镜甚至图 2.1 光学系统简化

【参考文献】