MATLAB定义大气湍流模型退化函数,基于改进的Kolmogorov谱湍流模型的图像退化研究...
大氣湍流是自然界當(dāng)中普遍存在的一種非常復(fù)雜的流動現(xiàn)象,光波在湍流大氣中傳輸時,主要受兩方面的影響。一方面受大氣衰減效應(yīng)的影響,另一方面受大氣湍流效應(yīng)的影響。物體通過湍流大氣成像時,受到湍流大氣湍流效應(yīng)的極大影響,出現(xiàn)光強閃爍、光束方向的漂移、光束寬度的擴(kuò)展以及接收面上相位的起伏等情況,造成圖像模糊和抖動,甚至扭曲變形,嚴(yán)重影響了對圖像的識別和檢測。然而人們對湍流機(jī)理的認(rèn)識及其數(shù)值模擬方法至今仍處于探索階段,湍流是經(jīng)典物理學(xué)中尚未得到解決的一個大難題。近50年來,人們對湍流的認(rèn)識越來越深入,最突出的是發(fā)現(xiàn)了湍流是多尺度有結(jié)構(gòu)的不規(guī)則運動。這為大氣湍流的仿真以及湍流退化模型的研究提供了更加有力的理論依據(jù)。本文采用的退化模型是根據(jù)包含湍流內(nèi)外尺度影響的波結(jié)構(gòu)函數(shù)和折射率譜推導(dǎo)得到,并且考慮了湍流內(nèi)外尺度影響,與忽略了湍流尺度的退化模型相比更加接近大氣湍流的物理特性。1大氣湍流圖像退化的過程已往的研究一般采用選擇加密方法和單純的加性噪聲與乘性噪聲等進(jìn)行圖像退化[2,3],前者很難控制圖像退化的程度,且計算量相對較大,不利于實際應(yīng)用。后者在直接抵抗平均攻擊時效果不是很好。本文基于傳統(tǒng)的Kolmogorov大氣湍流模型,結(jié)合典型的大氣湍流成像系統(tǒng)退化模型,提出了具有更為全面的先驗約束條件的退化模型,其描述更為接近大氣湍流成像物理特性。1.1圖像退化過程圖像退化過程可以被模型化為一個退化函數(shù)和一個加性噪聲項,處理一幅圖像f(x,)y和產(chǎn)生一幅退化圖像g(x,)y,如圖1所示。圖1圖像退化過程加性噪聲和乘性噪聲雖然速度快,但由于結(jié)構(gòu)簡單,抗攻擊能力較弱。因此,本文運用混合性噪聲處理圖像。圖像退化過程可以被模型化為一個退化函數(shù)和一個加性噪聲項,處理一幅圖像f(x,)y和產(chǎn)生一幅退化圖像g(x,)y,退化過程描述為[4]:g(x,)y=[]f(x,)y*h(x,)y+(x,)ymod255(1)其中,g(x,)y是原始圖像;h(x,)y表示乘性噪聲,即退化函數(shù);(x,)y表示加性噪聲項;*表示空間卷積。1.2大氣湍流退化模型傳統(tǒng)的大氣湍流退化模型由忽略湍流內(nèi)外尺度影響的Kolmogorov譜推導(dǎo)而來[6],即:H()=H0()exp??-3.44????r053(2)式中,r0=0.185??2(C)2nL-1-35是Fried常數(shù);為空間角頻率;為光波長;H0()為物理光學(xué)系統(tǒng)的退化函數(shù)。而大氣湍流成像系統(tǒng)的退化模型為[5]:H()=H0()exp??-12D()(3)式中,exp??-12D()為大氣湍流的退化函數(shù);D()為大氣湍流波數(shù)結(jié)構(gòu)函數(shù)。在均勻各向同性湍流大氣中,光波通過大氣傳播到達(dá)L處時的波結(jié)構(gòu)函數(shù)為[6]:D()=8k2L0[1-J0()n(,l)0,L0]d(4)式中,k=2為傳輸光束的光波波數(shù);L為光波在湍流中傳輸?shù)木嚯x;J0()為零階貝塞爾函數(shù),=fz=D0(0zL)為距離光源為L處垂直于傳輸路徑的平面內(nèi)某點到該平面中心的距離;為空間波數(shù);l0、L0分別為湍流內(nèi)、外尺度;n(,l)0,L0是VonKaman簡化折射率譜,該折射率譜考慮了湍流內(nèi)外尺度影響,表示為[7]:n(,l)0,L0=0.0165C2n-113??exp????-22m+1-exp????-20(5)式中,C2n為湍流折射率結(jié)構(gòu)常數(shù);m=5.92l0;=2l0。將(5)式代入(4)式,通過計算得到:D()=1.73r-530???53-2.98-530??1F1????-56;1;-2024-1+yt??2.98-53m??1F1????-56;1;-2m24-1(6)由于實
總結(jié)
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