相干場成像圖像重構技術研究.pdf

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

2、方面:
　　1.從干涉場與目標頻譜編碼的數(shù)學原理出發(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，重點闡述了其圖像重構技術，包括頻譜解調(diào)、相位閉合及圖像重構算法等，為后續(xù)的圖像重構技術研究打下基礎;以發(fā)射鏡的位置誤差為例，對誤差傳遞函數(shù)進行推導，以此為依據(jù)對發(fā)射鏡位置誤差影響進行分析。
　　2.基于現(xiàn)有圖像重構算法的不足，引入在相干測量中的相位恢復算法，與傳統(tǒng)重構算法結(jié)合，形成一種基于迭代的圖像重構方法

3、。其出發(fā)點是相干場成像解調(diào)頻譜的幅值抗噪能力較強，畸變小，而相位抗噪能力較差，畸變相對大，傳統(tǒng)重構算法對解調(diào)頻譜進行逆傅里葉變換，沒能夠利用幅值畸變小的優(yōu)勢，迭代重構方法取解調(diào)頻譜的幅值作基礎，利用相位恢復算法逐步恢復相位信息，并輔之以直接重構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行了理論分析，對迭代重構方法進行了計算機仿真試驗及室內(nèi)實驗、外場實驗，結(jié)果驗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，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、頻率抽樣點數(shù)多的優(yōu)點，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率抽樣點數(shù)多的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為外推帶寬，同時將分布不均勻、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、干場成像進行了計算機仿真試驗，并對該方法的實用限制進行了分析。此外，針對美國SAINT計劃的成像系統(tǒng)進行了該方法的應用分析及仿真。
　　4.基于多光束相干場成像技術的特點及設計要求，設計一套多光束相干場成像地面驗證系統(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，同時為了滿足采樣定理和增加頻率抽樣點數(shù)，利用高精度導軌模塊對光束發(fā)射位置進行切換。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行聚光。對系

6、統(tǒng)參數(shù)和光機結(jié)構實現(xiàn)進行了詳細設計，并加工裝調(diào)了分光模塊和導軌模塊，測試結(jié)果驗證了設計的合理性。
　　5.基于設計的多光束地面驗證系統(tǒng)，進行多光束微弱信號解調(diào)及圖像重構技術研究。采樣時間內(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+相關檢測法進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