《空間移變最大似然疊代復原算法及套用研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由趙宗清擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：空間移變最大似然疊代復原算法及套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙宗清
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
編碼成像是實現高能粒子低通量輻射成像的有效方式，在慣性約束聚變、天體物理和核醫學方面具有十分巨大的套用前景。目前通用的空移不變算法對高能粒子空間移變編碼成像系統的圖像復原容易引起細節失真和偽結構。發展適用於空間移變的圖像復原算法成為強烈的需求。本課題擬發展一個最大似然法框架下的通用空間移變復原算法，能夠統一處理Gaussian噪聲、Poisson噪聲和無噪聲的情況，並能夠保持較好的收斂性能和噪聲抑制能力。同時，針對空間移變算法計算量呈高次方增長的特點，擬採用高度並行設計的GPU通用計算方案CUDA來進行算法的高速實現。課題研究內容主要包括基於信號整體噪聲統計擬合優度泛函的噪聲分析與過濾技術、最大似然空間移變復原疊代算法的理論推導及編寫、以及高效並行處理軟硬體平台的便攜實現等。該技術的研究，能夠獲取高可信度的物理圖像,對推進高能量密度物理研究具有十分重要的意義。
結題摘要
編碼成像由於具有大的接收立體角和高的探測效率特性，成為高能粒子低通量輻射成像的一種有效手段，在慣性約束聚變、天體物理和核醫學方面均得到了廣泛的套用。本課題提出了一種基於最大似然法框架下的快速並行空間移變復原算法。在對編碼成像系統的圖像噪聲作統計分析的基礎上，提出將濾波後圖像的條件機率密度表示為一系列獨立高斯分析，並採用最大似然的方法獲得復原的疊代模型。相比於維納濾波、Richardson-Lucy等傳統復原算法，本課題提出的算法在具有更好的收斂性能和噪聲抑制能力的同時，還能夠克服傳統空不變復原算法容易引起偽結構和細節失真的缺陷。仿真實驗以及星光Ⅱ大型雷射裝置和SILEX-I超短強雷射升級裝置上的實際實驗均表明，相比於傳統的復原算法，本課題提出的算法在算法的收斂性能和噪聲抑制能力方面具有明顯的優勢，復原後的圖像結構清晰，其細節信息也更為豐富。同時，為了解決空間移變算法的高計算複雜度問題，本課題構建了CPU+GPU的並行計算平台，將復原算法中耗費時間最多的疊代步驟映射到GPU上，從而充分利用了GPU的大規模並行、高計算密集度的特性，將算法的計算效率提高了三十倍左右。此外，本課題還積極探索基於小波的濾波方法，更好地濾除圖像中的噪聲；利用盲復原的方法自適應地獲得更為精確的點擴展函式，提高復原算法的性能。本課題的研究內容已經成功套用於半影、圓環孔徑等多種編碼圖像的復原，為高能量密度物理、天體物理和核醫學研究以及其它相關的研究提供了重要的技術手段。
