基于FPGA的實時大氣湍流圖像復原算法及實現(xiàn)

李亞偉，張 弘，伍凌帆，楊一帆，陳 浩

（北京航空航天大學 宇航學院，北京 102206）

引言

大氣湍流是大氣中的一種重要運動形式，尤其是當上層空氣溫度低于下層空氣溫度而形成對流條件時尤為明顯。大氣湍流對在空氣中傳播的聲波、光波和電磁波都有一定的干擾作用。在大氣湍流中，沿著傳輸路徑的光折射率會發(fā)生改變，這

會嚴重影響遠距離成像設備的性能[1-4]。大氣湍流會導致光學成像產(chǎn)生幾何失真、運動模糊（如果曝光時間不夠短）以及離焦模糊。

目前大氣湍流復原算法一般可分為4 類。第1 類是基于多幀圖像空間域重建的方法[5-9]。這種方法首先需要一種非剛性圖像配準技術來將每幀圖像與參考幀進行配準，并利用配準參數(shù)對變形區(qū)域進行校正，最后在貝葉斯圖像重建框架下重建銳利圖像。第2 類是基于“幸運”區(qū)域選擇與融合的方法[10-13]。湍流運動本身具有很大的隨機性，使得一些圖像或者圖像的一些區(qū)域受湍流影響較小而保持銳利。這類方法通過選擇每幀圖像中受影響最小的區(qū)域，并融合這些區(qū)域產(chǎn)生“干凈”圖像，所以也被稱為“幸運幀”或者“幸運區(qū)域”方法。該方法的一個問題是幸運區(qū)域出現(xiàn)的概率很低，需要大量（通常是數(shù)百個）圖像來創(chuàng)建一個銳利的圖像。局限性在于只適用于短曝光視頻以及單幀圖像的復原，而對于長曝光視頻，運動模糊使幸運的區(qū)域更加稀少，圖像的復原效果較差。第3 類方法是基于低秩矩陣分解的方法[14-16]。……