学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于FrFT的湍流退化图像复原技术研究

作　者: 曹东
导　师: 金钢
学　校: 中国空气动力研究与发展中心
专　业: 流体力学
关键词: 分数阶气动光学技术研究光波传输相位恢复硕士学位论文数值模拟图像质量控制方程矢通量分裂
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 98次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

当光波在飞行器周围流场中传输时,气体介质密度的变化会导致光波前发生畸变,从而对机载光学系统成像性能产生不利影响,导致接收图像信号衰减、模糊与抖动,造成瞄视误差,严重影响光电探测系统的探测性能。湍流退化图像复原的困难在于其点扩散函数是未知的和随机变化的,难以用数学解析式表述,使得许多复原算法都存在着这样那样的问题。本文引入新的时频分析工具—分数阶Fourier变换(FrFT),研究湍流退化图像的复原,主要工作包括:1、研究了湍流流场对成像系统的影响机制和因素,对气动光学效应校正技术的发展进行了概要的总结分析,较系统地研究了气动光学效应湍流退化图像的复原技术。2、气动光学效应研究,有助于了解和认知受湍流影响导致的图像退化性质和特征,本文对一个带平窗塔台的流场进行了气动光学效应数值模拟仿真计算。采用LU-SGS迭代法、Van-Leer矢通量分裂法及MUSCL三阶迎风偏置格式求解Favre平均的Navier-Stokes方程,湍流模型采用两方程的k-ωSST模型和J-B模型,分别用几何光学追踪法和相屏法对光波传输效应进行数值模拟。3、分析了FrFT的原理与性质,研究了分解型离散方法,使离散FrFT的计算简化到了可以和DFT的计算相比拟的运算量。分析了图像信号在分数阶Fourier域的能量分布、幅度和相位信息,验证了FrFT的时、频双域信息特征。4、研究了分数阶Fourier域的滤波问题。通过搜索适当的变换阶次,使之与处理对象相匹配,得到了分数阶Fourier域的最佳滤波,通过时频联合处理,可解除信号和干扰的时频耦合,较传统的滤波与干扰分离方法优势明显。采用该方法对时变退化模型并叠加非平稳噪声的退化图像进行了复原仿真试验,得到了优于普通Fourier域滤波的复原结果。5、将分数阶Fourier变换引入到传统的相位恢复算法中,提出了基于FrFT的相位恢复算法。将相位恢复算法转化为解相关算法,使用相位恢复算法和解相关算法混合迭代,解决了相位恢复算法容易停滞在局部最优解的问题,提高了算法的正确收敛概率;采用最小二乘共轭梯度法来实现解相关,提高了算法的收敛速度;同时,研究了分数阶Fourier变换阶次的选择问题,证明了FrFT的阶次存在最优极值;分别用模糊函数和湍流退化模型生成的退化图像进行了复原试验,得到的目标复原图像质量比之基于传统傅立叶变换的相位恢复方法有明显的改善。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 湍流退化图像复原  10-13
    1.2.1 气动光学效应的校正  10-11
    1.2.2 气动光学效应湍流退化图像复原技术  11-13
  1.3 分数阶Fourier变换  13
  1.4 论文主要工作  13-15
第二章气动光学效应数值模拟  15-36
  2.1 湍流流场特性分析  15-17
  2.2 流场控制方程与求解  17-25
    2.2.1 流场控制方程  17-20
    2.2.2 流场控制方程的离散  20-25
  2.3 光波传输控制方程与求解  25-33
    2.3.1 光波传输控制方程  26-27
    2.3.2 光线追迹法  27-30
    2.3.3 光波传输控制方程的求解  30-33
  2.4 带平窗塔台气动光学传输效应数值计算  33-36
第三章分数阶Fourier域图像分析  36-48
  3.1 引言  36
  3.2 分数阶Fourier变换定义及性质  36-38
    3.2.1 分数阶Fourier变换的定义  36-37
    3.2.2 分数阶Fourier变换的性质  37-38
  3.3 分数阶Fourier变换的离散数值计算  38-43
  3.4 图像的离散分数阶Fourier变换分析  43-47
    3.4.1 图像分数阶Fourier域的能量分布  43-44
    3.4.2 图像分数阶Fourier变换的幅度和相位信息  44-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章 FrFT域最优滤波图像复原算法研究  48-54
  4.1 引言  48
  4.2 分数阶Fourier域的最优滤波复原算法  48-50
  4.3 复原图像质量的评价标准  50-52
  4.4 试验结果与分析  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第五章基于FrFT的退化图像相位恢复算法研究  54-62
  5.1 引言  54
  5.2 基于分数阶Fourier变换的相位恢复算法  54-59
    5.2.1 分数阶Fourier变换  54-55
    5.2.2 基于分数阶Fourier变换的相位恢复算法  55-56
    5.2.3 基于最小二乘共轭梯度的解相关算法  56-59
  5.3 试验结果与分析  59-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章结束语  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69

基于FrFT的湍流退化图像复原技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文