大气湍流参数对图像退化效果影响的研究

邹皓，李清瑶，赵群，王建颖，刘智超，杨进华

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130022）

图像质量的下降，会造成有价值信息的丢失。在遥感、天文观测、交通监控等一些情况下所获得的退化图像，如果信息丢失就会造成巨大的损失，所以有效复原退化图像是至关重要的。其中目标通过大气湍流成像必然会受到大气湍流的影响。在成像过程中，大气湍流随机地干扰图像成像，使成像焦平面产生像点强度分布扩散、峰值降低、图像模糊和位置偏移等气动光学效应，给目标识别带来了很大的困难。大气湍流退化图像的复原是一个世界性难题，它的研究富有挑战性。近50年来，人们对湍流的认识越来越深入，最突出的是发现了湍流是多尺度有结构的不规则运动[1，2]。这为大气湍流的仿真研究提供了更加有力的理论依据。本文采用改进的Kolmogorov谱湍流退化模型，实验研究几种大气湍流相关参数对于图像退化的影响，分析影响图像退化的主要的大气湍流相关参数。

1 大气湍流对光学成像的影响

大气湍流的发生机制可分为动力学机制和热力学机制两大类。前者主要是由于空气层中具有明显的风速切变导致的；后者则主要是由热对流引起的。通常情况下，人眼通过火焰或者灼热的路面观察远处的目标时，会发现所观测目标具有明显的“颤动”现象，这就是大气湍流降低成像质量的直观表现。光束在大气湍流中的传播波阵面由于大气折射率的随机起伏而产生畸变，引起光线的随机漂移及光能量的重新分布（畸变、扩散等），从而导致观测目标的细节形态分辨不清，同时降低了观测影像的测量定位精度，严重制约了地面目标和空间目标的高分辨率观测[3-6]。……