波前編碼成像系統(tǒng)解碼算法理論研究及其應(yīng)用.pdf

1、波前編碼光數(shù)混合系統(tǒng)是一種光學(xué)編碼和數(shù)字解碼的兩步成像系統(tǒng)，通過(guò)在光學(xué)系統(tǒng)的光瞳面上引入一塊相位板，在像面上得到一幅對(duì)景深不敏感的中間模糊像，再利用數(shù)字圖像復(fù)原算法進(jìn)行圖像復(fù)原，最終得到清晰的輸出像。通過(guò)這種技術(shù)可以獲得超大的景深，提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量。目前制約該技術(shù)的主要是解碼算法存在著邊界效應(yīng)，圖像的細(xì)節(jié)丟失嚴(yán)重，圖像不自然等缺點(diǎn)。
　　 本文首先從空間域成像卷積過(guò)程入手，討論了光學(xué)系統(tǒng)成像的物理原理，在數(shù)學(xué)上將其歸結(jié)為一個(gè)空

2、間域線(xiàn)性方程組求解的問(wèn)題，進(jìn)一步討論了邊界處理后的線(xiàn)性方程組中線(xiàn)性模糊矩陣的構(gòu)建方法，利用直積近似的原理將線(xiàn)性方程組的求解問(wèn)題歸結(jié)為矩陣方程的求解問(wèn)題，完成了成像卷積的空間域數(shù)學(xué)模型的搭建。在此基礎(chǔ)上，分析了克雷洛夫子空間在線(xiàn)性方程組求解方面的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)出了兩大類(lèi)圖像去卷積空間域迭代算法，即基于廣義極小殘差法和無(wú)轉(zhuǎn)置準(zhǔn)極小殘差法的圖像去卷積復(fù)原算法，兩類(lèi)算法都有著優(yōu)秀的去卷積效果，第一類(lèi)算法構(gòu)建了完全正交基，能夠給出更加精確的近似解，第

3、二類(lèi)算法計(jì)算存儲(chǔ)量小，計(jì)算時(shí)間少，是第一類(lèi)算法有益的補(bǔ)充。針對(duì)第一類(lèi)算法，成功的將其與Tikhonov規(guī)整化算法及反鏡邊界條件結(jié)合，研究出了一套有效的去卷積抑噪圖像空間域迭代復(fù)原算法，利用三通道處理原理，給出了最終的彩色圖像空間域迭代復(fù)原算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該算法能夠給出細(xì)膩、自然的復(fù)原圖像。
　　 其次，首次提出了空間域邊界處理和頻域快速圖像復(fù)原算法，利用空間域邊界條件的原理，首先將待復(fù)原圖像進(jìn)行邊界擴(kuò)展處理，然后再進(jìn)行頻域?yàn)V波

4、復(fù)原，分析了圖像進(jìn)行邊界擴(kuò)展處理后的頻譜特性及其對(duì)復(fù)原圖像邊界的影響，實(shí)驗(yàn)證明該算法在鏡像和反鏡像邊界處理下，不僅計(jì)算速度快，而且有著優(yōu)秀的去卷積抑噪效果，同時(shí)還能有效的減少?gòu)?fù)原圖像的邊界振鈴效應(yīng)。
　　 第三，在現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)普通顯微物鏡的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了10X、40X波前編碼顯微成像物鏡，利用我們給出的空間域迭代算法和空域邊界處理頻域快速?gòu)?fù)原算法分別進(jìn)行了圖像解碼，都取得了很好的效果。盡管由于國(guó)產(chǎn)普通顯微物鏡的光學(xué)性能比較差，導(dǎo)致波前