大氣湍流的隨機擾動嚴重地影響光學系統的成像性能，本書對湍流效應的自適應光學(Adaptive Optics, AO)圖像復原問題進行了研究和探討。本書主要從兩個方面研究自適應光學圖像復原問題：一是研究自適應光學系統的構成及光學成像原理，提出了自適應光學系統改進及仿真，實現自適應光學圖像波前畸變的實時補償或校正；二是研究經AO校正后的自適應光學圖像復原理論及算法。主要內容包括湍流對成像影響的分析與仿真、自適應光學系統與波前復原方法、基於小波域的Contourlet變換的自適應光學圖像去噪算法、基於幀選擇技術和極大似然估計的自適應光學圖像多幀聯合去卷積算法、與正則化相結合的改進期望值最大化方法的多幀自適應光學圖像復原算法以及基於雙校正器的自適應光學系統的改進方法與仿真分析。

第1章 緒論11.1知識背景11.2自適應光學技術的研究和應用情況21.3自適應光學圖像復原技術的研究現狀與進展61.3.1圖像復原技術概述71.3.2AO圖像復原技術的研究進展101.4自適應光學圖像復原基本模型111.4.1自適應光學圖像退化模型111.4.2自適應光學圖像噪聲模型131.4.3經典圖像復原方法141.5圖像質量評價方法191.5.1圖像主觀質量評價方法191.5.2圖像客觀質量評價方法191.6本書的課題來源及組織結構231.6.1本書的課題來源231.6.2本書的組織結構231.7小結25參考文獻25第2章 湍流對成像影響的分析與仿真332.1大氣湍流的基本理論332.1.1大氣湍流的參數描述332.1.2大氣湍流模型352.1.3湍流的統計特性描述372.2湍流波前隨機擾動的計算機仿真392.2.1傅里葉變換法39 2.2.2Zernike多項式法412.3大氣光學性對AO成像的影響分析472.3.1大氣光學特性的機理472.3.2大氣介質的光學傳遞函數OTF492.3.3大氣湍流光學參數分析512.4小結53參考文獻54第3章 自適應光學系統性能分析與波前復原技術563.1自適應光學系統構成563.1.1自適應光學系統的基本結構563.1.2波前探測器583.1.3波前校正器603.1.4波前控制器623.2雲南天文台61單元AO成像系統643.2.1改造后的AO系統的光學結構643.2.2改造后的H—S波前傳感器643.2.3跟蹤系統673.3自適應光學系統的成像原理693.4基於斜率探測技術的波前復原方法703.5基於波前復原技術的自適應光學系統實驗研究733.61000mmAO系統對畸變波前的校正仿真研究783.7小結80參考文獻80第4章 基於小波域的Contourlet變換法的自適應光學圖像去噪算法834.1小波變換834.1.1小波變換的定義844.1.2小波分解的矩陣表示874.1.3一維退化模型的小波表示884.1.4二維退化模型的小波表示894.2WBCT的基本原理904.3基於WBCT的WBCTbATD去噪算法954.4WBCTbATD算法實現步驟984.5WBCTbATD算法實驗984.6小結105參考文獻105第5章 基於幀選擇技術和極大似然估計的自適應光學圖像多幀聯合去卷積算法1085.1自適應光學圖像的PSF重建算法1095.1.1AO圖像PSF的先驗模型1095.1.2基於波前相位信息的PSF重建方法1115.1.3基於非等暈成像效應的PSF重建1125.2幀選擇技術研究1165.2.1AO圖像退化性質1175.2.2基於方差統計特性的幀選擇技術1185.2.3序列圖像的幀選擇實驗1205.3基於FS—MLJD算法的多幀AO圖像聯合去卷積1225.3.1PSF帶寬有限約束1225.3.2基於FS—MLJD的多幀聯合去卷積圖像高清晰復原算法1235.3.3FS—MLJD算法的實現1255.4實驗結果及分析1265.5小結130參考文獻130第6章 基於正則化與改進期望值最大化算法的自適應光學圖像復原1326.1基於圖像功率譜密度及約束圖像支持域的去噪方法1326.2期望值最大化方法原理簡介1356.3AO圖像代價函數模型及參數估計1376.3.1建立AO圖像的代價函數模型1376.3.2RT—IEM算法的參數估計1386.3.3建立多幀AO圖像的代價函數模型1416.4基於RT—IEM算法的多幀AO圖像高清晰復原1426.5AO圖像復原實驗及結果分析1446.5.1仿真圖像復原實驗1446.5.2雙星圖像復原實驗1466.5.3天體觀測實驗1486.6小結150參考文獻150第7章 基於雙校正器的自適應光學系統的改進與仿真分析1527.1雙校正器的組合方式分析1527.2基於雙校正器自適應光學系統像差解耦算法1547.3基於雙校正器的自適應光學系統的改進1567.4實驗結果和分析1597.5小結163參考文獻163第8章 總結與展望1658.1本書所做的研究工作1658.2本書研究的創新之處1668.3今后的研究方向與展望168

本書針對我國空對地遙感觀測成像、地對空觀測成像和空中目標的光學成像探測系統的觀測圖像高分辨率復原和后處理的迫切需求，開展研究工作。在湍流流場形成機理和光波在高速流場中傳輸的機理等自適應光學技術研究的基礎上，首先研制和建立自適應光學系統實驗仿真模型以及對自適應光學(Adaptive Optics，AO)系統成像分析，然后研究自適應光學圖像的復原算法，為實現高速飛行器成像制導系統上的應用提供理論和技術支撐。