【摘 要】
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本文针对目前军民用侦察设备中成像系统存在的设计复杂,体积大和沉重的问题,旨在通过轻便的普通单透镜成像系统和后端图像复原算法结合的方式,在实现大视场高质量成像的同时,减少相关侦察设备成像系统设计的复杂程度和成本,有助于相关成像系统轻小型化发展。首先,本文通过对普通单透镜成像系统进行了像差分析,对其存在的像差以形变和模糊两种降质效果进行分类。通过对目前消费级便携侦察设备——大疆无人机的成像视场进行调研
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本文针对目前军民用侦察设备中成像系统存在的设计复杂,体积大和沉重的问题,旨在通过轻便的普通单透镜成像系统和后端图像复原算法结合的方式,在实现大视场高质量成像的同时,减少相关侦察设备成像系统设计的复杂程度和成本,有助于相关成像系统轻小型化发展。首先,本文通过对普通单透镜成像系统进行了像差分析,对其存在的像差以形变和模糊两种降质效果进行分类。通过对目前消费级便携侦察设备——大疆无人机的成像视场进行调研,确定本文的单透镜成像视场范围。依据单透镜成像视场范围和不使用特殊面型,不使用特殊材料的设计和遴选标准,确定了符合的单透镜镜头和探测器。通过单透镜参数的测量,利用Zemax对其存在的各类像差,色差以及多种像差耦合而得的空变模糊按照制定的准则进行量化表征。其次,本文在综合考虑模糊降质和形变降质的形成机理以及对后续复原工作的影响的情况下,经过详细的论证得出了先通过畸变校正消除形变降质,再利用复原算法进行模糊复原的复原流程。在畸变校正阶段,提出了一种基于场景自适应的畸变校正策略,针对不同的拍摄环境均能保障单透镜图像中由于形变降质而带来了景物变形扭曲和位置变动得到像素级别误差的校正效果。最后,本文搭建单透镜模糊复原图像实验获取平台,通过自准直等实验步骤实现样本图像放映平面与探测器平面相似平行。利用相同焦距的单透镜镜头和复杂透镜镜头采集单透镜图像和复杂透镜图像,并经畸变校正后构建了像素级别配准误差的单透镜模糊复原数据集。通过向Res-Unet添加空变位置特征层,添加高频纹理信息损失和色差损失函数完成了对Res-Unet的改进,使得Res-Unet能够实现空变模糊和高频纹理信息的深度复原和色差的深度校正。通过算法性能评估实验得出本文复原算法能使得平均PSNR为19.06,平均SSIM为0.64的测试集,像质提升到平均PSNR为27.01,平均SSIM为0.81;复原算法能使得标准分辨率图像ISO12233边缘视场景物的MTF50由76.72LW/PH增加到复原后的304.70LW/PH。以上算法性能的综合评估证明本文研究的大视场单透镜系统图像复原技术能实现无特殊面型,无特殊材料且大视场成像下的普通单透镜系统的大幅度像质提升且性能稳健。
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