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)是一種光學編碼和數(shù)字解碼的兩步成像系統(tǒng)，通過在光學系統(tǒng)的光瞳面上引入一塊相位板，在像面上得到一幅對景深不敏感的中間模糊像，再利用數(shù)字圖像復原算法進行圖像復原，最終得到清晰的輸出像。通過這種技術(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)，圖像的細節(jié)丟失嚴重，圖像不自然等缺點。
　　 本文首先從空間域成像卷積過程入手，討論了光學系統(tǒng)成像的物理原理，在數(shù)學上將其歸結(jié)為一個空

2、間域線性方程組求解的問題，進一步討論了邊界處理后的線性方程組中線性模糊矩陣的構(gòu)建方法，利用直積近似的原理將線性方程組的求解問題歸結(jié)為矩陣方程的求解問題，完成了成像卷積的空間域數(shù)學模型的搭建。在此基礎(chǔ)上，分析了克雷洛夫子空間在線性方程組求解方面的優(yōu)勢，開發(fā)出了兩大類圖像去卷積空間域迭代算法，即基于廣義極小殘差法和無轉(zhuǎn)置準極小殘差法的圖像去卷積復原算法，兩類算法都有著優(yōu)秀的去卷積效果，第一類算法構(gòu)建了完全正交基，能夠給出更加精確的近似解，第

3、二類算法計算存儲量小，計算時間少，是第一類算法有益的補充。針對第一類算法，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原算法，實驗結(jié)果證明該算法能夠給出細膩、自然的復原圖像。
　　 其次，首次提出了空間域邊界處理和頻域快速圖像復原算法，利用空間域邊界條件的原理，首先將待復原圖像進行邊界擴展處理，然后再進行頻域濾波

4、復原，分析了圖像進行邊界擴展處理后的頻譜特性及其對復原圖像邊界的影響，實驗證明該算法在鏡像和反鏡像邊界處理下，不僅計算速度快，而且有著優(yōu)秀的去卷積抑噪效果，同時還能有效的減少復原圖像的邊界振鈴效應(yīng)。
　　 第三，在現(xiàn)有國產(chǎn)普通顯微物鏡的基礎(chǔ)上設(shè)計了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復原算法分別進行了圖像解碼，都取得了很好的效果。盡管由于國產(chǎn)普通顯微物鏡的光學性能比較差，導致波前