相干場成像圖像重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、相干場成像技術(shù)，又稱為傅里葉望遠(yuǎn)鏡，是一種對遠(yuǎn)距離暗弱目標(biāo)進(jìn)行高分辨率成像的成像技術(shù)。其成像原理是利用相干光束產(chǎn)生的干涉條紋場對目標(biāo)的頻譜信息進(jìn)行調(diào)制，從反射接收信號中解調(diào)出頻譜并重構(gòu)圖像。該技術(shù)憑借著高分辨率與主動(dòng)成像的優(yōu)勢，在空間目標(biāo)識別與監(jiān)測方面具有重要應(yīng)用潛力。作為一種計(jì)算間接成像技術(shù)，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程對最終重構(gòu)圖像的質(zhì)量影響較大。為了更好地提高重構(gòu)圖像的質(zhì)量，本文對相干場成像的圖像重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)

2、方面:
　　1.從干涉場與目標(biāo)頻譜編碼的數(shù)學(xué)原理出發(fā)，介紹了相干場成像的系統(tǒng)組成及成像過程，以T型等間隔發(fā)射鏡陣列為例，重點(diǎn)闡述了其圖像重構(gòu)技術(shù)，包括頻譜解調(diào)、相位閉合及圖像重構(gòu)算法等，為后續(xù)的圖像重構(gòu)技術(shù)研究打下基礎(chǔ);以發(fā)射鏡的位置誤差為例，對誤差傳遞函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，以此為依據(jù)對發(fā)射鏡位置誤差影響進(jìn)行分析。
　　2.基于現(xiàn)有圖像重構(gòu)算法的不足，引入在相干測量中的相位恢復(fù)算法，與傳統(tǒng)重構(gòu)算法結(jié)合，形成一種基于迭代的圖像重構(gòu)方法

3、。其出發(fā)點(diǎn)是相干場成像解調(diào)頻譜的幅值抗噪能力較強(qiáng)，畸變小，而相位抗噪能力較差，畸變相對大，傳統(tǒng)重構(gòu)算法對解調(diào)頻譜進(jìn)行逆傅里葉變換，沒能夠利用幅值畸變小的優(yōu)勢，迭代重構(gòu)方法取解調(diào)頻譜的幅值作基礎(chǔ)，利用相位恢復(fù)算法逐步恢復(fù)相位信息，并輔之以直接重構(gòu)算法獲得圖像信息作約束，最終得到優(yōu)化解。對解調(diào)頻譜的幅值和相位的抗噪聲能力的差異進(jìn)行了理論分析，對迭代重構(gòu)方法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、外場實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　3.基

4、于O型發(fā)射鏡陣列相干場成像解調(diào)頻譜分布特點(diǎn)，引入頻譜外推的超分辨率方法，形成一種針對O型發(fā)射鏡陣列和其它類似發(fā)射鏡陣列的相干場圖像超分辨率重構(gòu)方法。O型發(fā)射鏡陣列相干場成像具有系統(tǒng)體積緊湊、頻率抽樣點(diǎn)數(shù)多的優(yōu)點(diǎn)，但是系統(tǒng)等效口徑小、頻譜分布不均勻、頻譜效率低。基于抽樣定理的頻譜外推方法能夠?qū)㈩l率抽樣點(diǎn)數(shù)多的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為外推帶寬，同時(shí)將分布不均勻、效率低的頻譜轉(zhuǎn)化為均勻分布頻譜，在提高成像分辨率的同時(shí)可以提高圖像的質(zhì)量。對O型發(fā)射鏡陣列的相

5、干場成像進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)，并對該方法的實(shí)用限制進(jìn)行了分析。此外，針對美國SAINT計(jì)劃的成像系統(tǒng)進(jìn)行了該方法的應(yīng)用分析及仿真。
　　4.基于多光束相干場成像技術(shù)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一套多光束相干場成像地面驗(yàn)證系統(tǒng)。系統(tǒng)分為發(fā)射系統(tǒng)及接收系統(tǒng)兩大部分。發(fā)射系統(tǒng)采用T型等間隔發(fā)射鏡陣列，同時(shí)為了滿足采樣定理和增加頻率抽樣點(diǎn)數(shù)，利用高精度導(dǎo)軌模塊對光束發(fā)射位置進(jìn)行切換。接收系統(tǒng)采用單塊大口徑反射鏡加二次聚光鏡組的方式進(jìn)行聚光。對系

6、統(tǒng)參數(shù)和光機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并加工裝調(diào)了分光模塊和導(dǎo)軌模塊，測試結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。
　　5.基于設(shè)計(jì)的多光束地面驗(yàn)證系統(tǒng)，進(jìn)行多光束微弱信號解調(diào)及圖像重構(gòu)技術(shù)研究。采樣時(shí)間內(nèi)探測系統(tǒng)接收光子數(shù)服從泊松分布，一次發(fā)射光束數(shù)量太多，散粒噪聲會(huì)很大，以致湮沒微弱的高頻信息。分析不同發(fā)射光束數(shù)量對高頻微弱信息的影響，選擇最優(yōu)的發(fā)射光束數(shù)量，并采用濾波+相關(guān)檢測法進(jìn)行高頻微弱信號解調(diào)，相比傳統(tǒng)的濾波法，解調(diào)頻譜精度得到提高。參