大氣散射介質(zhì)的存在會(huì)對(duì)光學(xué)成像造成干擾，導(dǎo)致難以對(duì)處于散射介質(zhì)中或隱藏在散射介質(zhì)后的目標(biāo)進(jìn)行清晰成像。研究如何在散射介質(zhì)存在的情況下實(shí)現(xiàn)清晰可靠的光學(xué)成像技術(shù)，在民用和軍用領(lǐng)域都具有十分重要的意義。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生雷雪林、馬曉珊研究員和彭曉東研究員對(duì)透過(guò)大氣散射介質(zhì)成像的問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究。在基于大氣散射介質(zhì)調(diào)制的壓縮感知成像模型的基礎(chǔ)上，提出了分布式累加合成方法來(lái)改進(jìn)重建圖像質(zhì)量。

　　分布式累加合成方法是通過(guò)分析影響壓縮感知成像質(zhì)量的因素而提出的。壓縮感知的測(cè)量矩陣是由單個(gè)的調(diào)制樣式組合而成。理論分析調(diào)制樣式的覆蓋度條件（條件一）和最低稀疏度要求（條件二）表明，兩個(gè)條件是相互制約的，即單個(gè)調(diào)制樣式存在最佳稀疏值。獲得最佳稀疏值的調(diào)制樣式數(shù)量越多，測(cè)量矩陣的圖像重建質(zhì)量越好。分布式累加合成的方法可以提高最佳稀疏值的調(diào)制樣式數(shù)量，從而提高重構(gòu)圖像的質(zhì)量。該方法的成像模型如圖1所示，多個(gè)激光光源從不同方向穿過(guò)大氣層，每個(gè)光源形成的大氣調(diào)制光場(chǎng)進(jìn)行累加形成一個(gè)總調(diào)制光場(chǎng)。被調(diào)制后的光場(chǎng)通過(guò)透射目標(biāo)，最后被桶探測(cè)器收集。

圖1 采用分布式累加合成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)透過(guò)大氣散射介質(zhì)成像的光路圖

　　采用分布式累加合成方法的模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖2所示，整個(gè)成像過(guò)程包括測(cè)量值采集和原始圖像重建。

圖2 分布式累加合成方法的成像與重構(gòu)過(guò)程

　　選用300張不同圖像作為目標(biāo)開(kāi)展成像與重構(gòu)實(shí)驗(yàn)，以峰值信噪比（PSNR）和結(jié)構(gòu)相似度（SSIM）表征圖像重構(gòu)質(zhì)量，在不同分布式光源數(shù)量和不同采樣率的情況下，300次成像實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。該統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，當(dāng)累加合成的光源個(gè)數(shù)大于1時(shí)，重構(gòu)圖像的質(zhì)量得到顯著提升，驗(yàn)證了分布式累加合成方法的有效性。相關(guān)研究成果已正式發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域期刊IEEE Photonics Journal。

圖3 采用分布式累加合成方法的成像結(jié)果

　　該成果得到空間中心重點(diǎn)培育方向課題資助。

　　論文鏈接：Lei X L, Ma X S, Yang Z, Peng X D, et al, "Improving Compressed Sensing Image Reconstruction Based on Atmospheric Modulation Using the Distributed Cumulative Synthesis Method," in IEEE Photonics Journal, vol. 13, no. 5, pp. 1-7, Oct. 2021, Art no. 7800107, doi: 10.1109/JPHOT.2021.3108194.

　　論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9525197?source=authoralert 

　　（供稿：系統(tǒng)室）