空间中心科研人员提出一种分布式累加合成方法改进基于大气散射介质调制的压缩感知图像重建

　　大气散射介质的存在会对光学成像造成干扰，导致难以对处于散射介质中或隐藏在散射介质后的目标进行清晰成像。研究如何在散射介质存在的情况下实现清晰可靠的光学成像技术，在民用和军用领域都具有十分重要的意义。中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术院重点实验室博士生雷雪林、马晓珊研究员和彭晓东研究员对透过大气散射介质成像的问题展开了深入的研究。在基于大气散射介质调制的压缩感知成像模型的基础上，提出了分布式累加合成方法来改进重建图像质量。

　　分布式累加合成方法是通过分析影响压缩感知成像质量的因素而提出的。压缩感知的测量矩阵是由单个的调制样式组合而成。理论分析调制样式的覆盖度条件（条件一）和最低稀疏度要求（条件二）表明，两个条件是相互制约的，即单个调制样式存在最佳稀疏值。获得最佳稀疏值的调制样式数量越多，测量矩阵的图像重建质量越好。分布式累加合成的方法可以提高最佳稀疏值的调制样式数量，从而提高重构图像的质量。该方法的成像模型如图1所示，多个激光光源从不同方向穿过大气层，每个光源形成的大气调制光场进行累加形成一个总调制光场。被调制后的光场通过透射目标，最后被桶探测器收集。

图1 采用分布式累加合成方法来实现透过大气散射介质成像的光路图

　　采用分布式累加合成方法的模拟实验过程如图2所示，整个成像过程包括测量值采集和原始图像重建。

图2 分布式累加合成方法的成像与重构过程

　　选用300张不同图像作为目标开展成像与重构实验，以峰值信噪比（PSNR）和结构相似度（SSIM）表征图像重构质量，在不同分布式光源数量和不同采样率的情况下，300次成像实验的统计结果如图3所示。该统计结果表明，当累加合成的光源个数大于1时，重构图像的质量得到显着提升，验证了分布式累加合成方法的有效性。相关研究成果已正式发表于光学领域期刊IEEE Photonics Journal。

图3 采用分布式累加合成方法的成像结果

　　该成果得到空间中心重点培育方向课题资助。

　　论文链接：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.

　　论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9525197?source=authoralert 

　　（供稿：系统室）