基于计算光学的简单透镜成像技术.pdf

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3、建坤指导教师：黄玮研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别：理学硕士学科专业：光学培养单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2015年10月ImagingthoughsimplelensbasedoncomputationalphotographyByHaoJian-kunADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofScienceChangchunInstituteofOptics,Fi

4、neMechanicsandPhysicsChineseAcademyofSciencesOctober,2015摘要基于计算光学的简单透镜成像技术郝建坤（光学）导师：黄玮研究员摘要现代成像光学系统一般通过增加光学元件数量、引入非球面甚至自由曲面来消除系统像差，提高像质。这将导致光学系统复杂度增加，系统加工难、造价高，并且受装调、工艺、重量等因素的限制。在保证系统成像质量的前提下，为简化光学系统复杂度，提出基于计算光学的简单透镜成像技术。将光学与飞速发展的计算机技术相结合，通过图像处理技术对简单透镜系统所成模糊图像进行复原，重构清晰图像，提高像质。传统图像复原法大多基于光学系统点扩散函数空间不

5、变的假设上，实际光学系统由于像差的影响，点扩散函数随视场的变化而变化。本文基于空间变化的PSF，对现有的稀疏先验去卷积算法进行改进，提出可变参数的稀疏先验非盲去卷积算法，并对图像进行复原。文章的主要内容为：首先，对光学系统点扩散函数空间变化特性进行分析，提出两种空间变化PSF获取方法：一种在进行光学系统设计过程中，提取系统空间变化PSF并进行算法预处理，保留有效信息；第二种通过仪器测量光学系统的LSF，根据PSF与LSF、MTF三者之间的关系，通过算法进行计算，最终利用插值拟合的方式得到整幅图像空间变化的PSF。其次，将模糊图像重叠分块，每个子图像块用不同的PSF对其去卷积进行重构。自然图像梯

6、度满足稀疏分布，在去卷积算法中引入稀疏先验作为正则项，并将代表图像梯度稀疏度的参数作为可变值，利用迭代重加权最小二乘法(IRLS)，在迭代过程中使复原图像梯度分布更趋近于真实值，同时避免图像过度平滑。采用重叠分块复原的方法，能够有效减小图像拼接处的振铃效应，并I中国科学院大学硕士学位论文：基于计算光学的简单透镜成像技术在图像融合时对图像重叠区域使用图像平均处理法,使图像更加平滑。最后，为验证算法的有效性，对简单透镜系统进行数字仿真实验。搭建实验平台，测量单透镜空间变化PSF，并对其模糊图像进行复原，重构出清晰图像，进一步验证了基于计算光学提高简单透镜成像像质算法的有效性。实验结果表明，本文提出

7、的算法对简单透镜光学系统所成图像有较好的复原效果，其像质得到提升。关键词：计算光学；图像复原；简单透镜成像；空间变化PSF；去卷积IIAbstractImagingthoughsimplelensbasedoncomputationalphotographyHaoJian-kun（Optics）DirectedbyProf.HuangWeiAbstractModernimagingopticals