基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法

本發(fā)明涉及光子集成干涉成像，尤其涉及一種基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

1、在天文觀測以及遙感成像領(lǐng)域，為了提高成像分辨率，通常選擇增大光學(xué)系統(tǒng)的口徑，但是隨著光學(xué)系統(tǒng)的口徑的增加，其制造成本成指數(shù)倍上升。光子集成干涉成像技術(shù)為替代傳統(tǒng)大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡提供了新的技術(shù)途徑，其中采用光子集成芯片（pic）實現(xiàn)干涉陣列的光束合成，可顯著提升系統(tǒng)的實時性、靈敏度、擴展性等多方面能力，并有效增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，且加工制造簡單，工藝穩(wěn)定，有效降低了制造成本。但是不同于傳統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)系下的成像模式，目前的光子集成干涉成像中的頻率采樣方式為極坐標(biāo)離散采樣。而離散采樣會導(dǎo)致大量頻率缺失，使重構(gòu)圖像出現(xiàn)大量偽影，造成重構(gòu)圖像質(zhì)量下降，且傳統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)下的離散傅里葉變換要求所有的頻率點分布為整數(shù)頻率分布，而極坐標(biāo)下頻率分布較為稀疏且并不是整數(shù)分布，因此使用離散傅里葉對極坐標(biāo)下的采樣頻率點進(jìn)行變換將會導(dǎo)致近似誤差，造成重構(gòu)圖像質(zhì)量的下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)使用離散傅里葉對極坐標(biāo)下的采樣頻率點進(jìn)行變換將會導(dǎo)致近似誤差，造成重構(gòu)圖像的質(zhì)量下降的問題，提供一種基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法，能夠以空域補零區(qū)域的零區(qū)域約束方式，補充未采樣區(qū)域的頻率值，且減少重構(gòu)圖像中的偽影，能夠有效應(yīng)對稀疏采樣以及極坐標(biāo)下的非均勻采樣帶來的問題。

2、本發(fā)明提出的基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法，具體包括如下步驟：

3、s1：根據(jù)光子集成干涉成像系統(tǒng)的基線配置及基線配對方式，通過下式計算光子集成干涉成像系統(tǒng)的頻率采樣點坐標(biāo)：

4、（1）；

5、其中，bp為第p組配對基線，為光子集成干涉成像系統(tǒng)的第j個成像波長，z為光子集成干涉成像系統(tǒng)的成像距離，為光子集成干涉成像系統(tǒng)的頻率采樣點，且頻率采樣點共有n組，（ x， y）為空間坐標(biāo)；

6、s2：結(jié)合式（1），通過下式計算重構(gòu)圖像的尺寸：

7、（2）；

8、（3）；

9、（4）；

10、（5）；

11、其中，r為對數(shù)字向上取整，為光子集成干涉成像系統(tǒng)最大頻率與基頻的比值，為光子集成干涉成像系統(tǒng)的最大頻率，為光子集成干涉成像系統(tǒng)的基頻，n為補零的倍率，bmin為最短配對基線，bmax為最長配對基線，為光子集成干涉成像系統(tǒng)的最小成像波長，為光子集成干涉成像系統(tǒng)的最大成像波長；

12、s3：根據(jù)步驟s1獲得的所有頻率采樣點坐標(biāo)，通過下式生成頻域掩模版：

13、（6）；

14、（7）；

15、（8）；

16、其中，n為對頻率采樣點擴大n倍，p為頻域掩模版，為擴大n倍的第n組頻率采樣點的橫坐標(biāo)，為擴大n倍的第n組頻率采樣點的縱坐標(biāo)；

17、s4：利用頻域掩模版對頻譜進(jìn)行更新：

18、（9）；

19、（10）；

20、（11）；

21、其中，為頻譜，s為初始化頻譜，為第n組頻率采樣點的復(fù)可見度，為第n頻率采樣點復(fù)可見度的相位，為第n組頻率采樣點的復(fù)可見度的模值；

22、s5：通過下式將頻譜傅里葉逆變換為空域圖像：

23、（12）；

24、其中，ift為傅里葉逆變換，為空域圖像的坐標(biāo)；

25、s6：構(gòu)建空域掩模版，并利用空域掩模版對空域圖像進(jìn)行補零約束，獲得濾波后的空域圖像：

26、（13）；

27、（14）；

28、其中，m為空域掩模版，為點乘；

29、s7：通過下式將空域圖像傅里葉變換為頻譜o：

30、（15）；

31、其中，ft為傅里葉變換；

32、s8：重復(fù)步驟s4-s7，直至頻譜o收斂，獲得最終的空域圖像；

33、s9：根據(jù)重構(gòu)圖像的尺寸對最終的空域圖像的補零區(qū)域進(jìn)行裁剪，獲得重構(gòu)圖像。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

35、本發(fā)明提出的基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法，通過放大頻率采樣點的坐標(biāo)值，并借助補零區(qū)域的零域約束，能夠有效克服稀疏采樣導(dǎo)致的坐標(biāo)近似誤差以及稀疏采樣導(dǎo)致的偽影問題，且能夠提升重構(gòu)圖像的信噪比。

技術(shù)特征：

1.一種基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及光子集成干涉成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于空域補零的光子集成干涉成像重構(gòu)方法，包括：S1：計算各配對基線的頻率采樣點；S2：計算重構(gòu)圖像的尺寸；S3：生成頻域掩模版；S4：利用頻域掩模版對頻譜進(jìn)行更新；S5：將頻譜傅里葉逆變換為空域圖像；S6：利用空域掩模版對空域圖像進(jìn)行補零約束，獲得空域圖像；S7：將空域圖像傅里葉變換為頻譜O；S8：重復(fù)步驟S4?S7，直至頻譜O收斂，獲得最終的空域圖像；S9：根據(jù)重構(gòu)圖像的尺寸對最終的空域圖像的補零區(qū)域進(jìn)行裁剪，獲得重構(gòu)圖像。本發(fā)明能夠以空域補零區(qū)域的零區(qū)域約束方式，對未采樣區(qū)域的頻率值進(jìn)行補充，且減少重構(gòu)圖像中的偽影。

技術(shù)研發(fā)人員：朱友強,王鹍,劉欣悅,楊晨
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19