小口径镜子加摄像头也能拍出超越理论分辨率的照片！

嗯，这个想法是那天吃火锅是突然讨论到的，突然觉得只要用上视频叠加了，那么应该是可以突破口径限制的，饭桌子上没法理出头绪，昨天稍微想了一下，看来是应该成立的。


以下只是粗略的分析，详细的论证还请其他理论大牛来讲。欢迎拍砖。


-------------------------------------补充分割线------------------------------------------------


昨天的讨论很好，经过Wah！同学的逆向启发，还有有学信号处理和图形图像处理的朋友帮忙，得知这个是理论上可行的，终于找到了这个理论的根据了：

                               
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这的先从视频叠加的原理讲起：



先决条件：假设拍摄对象是这样的一个9x9的东西，中间那坨是实际内容，我们的CCD也只是一个9x9，81像素的小型CCD

                               
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因为大气扰动，9x9的分辨率被下降到3x3了，但是由于大气扰动的方向性都是随机的，所以可能出现9种不同（只有这9种么？我还不敢肯定）的模糊方式：

                               
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实际上我们的9x9，81像素的CCD曝光后得到的是这9帧画面

                               
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所谓叠加呢，就是把这9帧图像中，每一个对应的点全部加起来，再平均，下面这个图中，最右边是每个点的sum

                               
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然后这样看，红框里面的东西，是不是和原来的123456789很相似？

                               
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虽然叠出来很相似了，但是有一两个像素点的值还是有些偏差，红框的位置，也不在原来的图的正中，要探究这个，还应该把图形处理学再拖出来讲仔细点，可惜我学的早就全还给老师了。。。。


下面这个文件是excel文件   

                               
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stax.xls (38 KB)

以上只是一种理想化的浅显的分析，实际上被大气扰动后的图像，比单纯的“平均值模糊”更复杂（但仍然是有规律的），叠加的内容也远多于9帧，叠加的手段也是采用诸如傅立叶变换这种“以累加方式来计算”的方法，最终实现极度锐化的结果。

我们常见到有人说，摄像头加巴罗拍摄视频叠加才是王道，的确，因为这已经可以推-翻（靠，这个居然是关键字！）一个常见的王道：“口径才是王道”！


为什么呢？

关键就是大气扰动！

用比较简单的说法就是：

大气扰动使复杂的一个高分辨率图像变成了一组若干张低分辨率图像组成的序列（反傅立叶变换，本质上说也是一种累加处理，频域信号转换成了时域信号）。而这低分辨率的图像是小口径的镜子便能获得的。然后通过叠加积分（傅立叶变换，时域信号转换成了易于分析的频域信号），高分辨率的图像便能还原了。


通过大气扰动这样的帮助，理论上，叠加之后的分辨率仅受制于CCD的分辨率（这时候可以用巴罗），用60ED（甚至普消），拍摄出如同大口径牛反施卡等的高分辨率图像不会是天方夜谭了。


当然，前提条件是足够长的时序，也就是足够多的帧数叠加，这个是目前手段上的限制了。。。

当然，并不是说“口径是王道”这个就完全可以忽略了，只是说，如果在大气扰动使得分辨率降低时，大口径不能发挥用武之地，扰动面前大小口径口口平等了。如果视宁度非常好，扰动很小的情况下，那么大口径的优势就显示出来了。

一个形象的比喻就是：
万吨巨轮只能到达上海港，但是万吨船队，能到达狭窄的重庆港。。。

当时wenjia测试102普消和80ED的过程，其中，通过600帧的叠加，102普消和80ED的最终结果居然不相上下，当时wenjia总结的是“叠加软件”的功劳，但是现在能搞明白了，其实是大气扰动的功劳。。

http://bbs.astron.ac.cn/viewthread.php?tid=65231&highlight=102

看上去说的很在理，感觉不到问题，乱了，高手们帮忙解答！

同意楼上的说法

我认为不能,分辨率的极限是光的衍射造成的，摄像头可以得到更大的图象，但就象对图像的像素进行放大一样， ...
schun 发表于 2010-8-23 14:47

                               
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我认为，扰动已经把细节的分辨率降低了，所以小口径的衍射问题，是被绕过去了。。。就像万吨船队到重庆一样。

我说我的65普消效果为什么这么好，终于找到理论根据了。

上一张130万像素摄像头拍的实例：（不清楚是否超出理论分辨率了，反正自己觉得细节不错的）
点击可看100%大图。

回复 9# cynosure


    就由我用天狼60JDS来验证你的想法吧 好的天气可以弥补口径的劣势！

实践是检验真理的唯一标准，谁有条件来帮LZ验证一下？

是否可以理解为在大气扰动对大镜子的影响远大于对小镜子的影响。这个倒是经常被实践所证实！

实践是检验真理的唯一标准，谁有条件来帮LZ验证一下？
phenix 发表于 2010-8-23 15:29

                               
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已经拜托cccp同学用他的jds60来试试了，呵呵，另外，第5楼提到的wenjia的帖子，应该也能有所佐证。

望远镜的理论分辨率是无法通过叠加突破的，我见过8寸施卡拍出恩克缝的照片，203mm望远镜理论上不可能拍出恩克缝，但由于恩克缝的阴影比缝本身宽得多，加上大气扰动的放大作用，使得恩克缝比原来宽，才得以拍到Damian Peach用9.25寸sct拍的土星

                               
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已经很好，但当他有了c14时，他拍出了更加锐利的图片

                               
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假如楼主所言属实，那他买c14做什么

回复 10# youmegood


    你这个离极限分辨率差得远了

是否可以理解为在大气扰动对大镜子的影响远大于对小镜子的影响。这个倒是经常被实践所证实！ ...
weiguo1688 发表于 2010-8-23 15:41

                               
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嗯，这个是理所当然的，因为小镜子本来分辨率就低嘛，你大气随便怎么抖，反正我都看不清，哇哈哈哈

关键在于大量的信息全被分别隐藏到时域序列里了，这是东西还能被还原的基础。。。

回复 5# cynosure


    这个帖子不能说明什么，102普消f6的成像跟80edf6的成像本身就有很大差距，并且diy102的镜片精度肯定比不上80ed，在这里口径不是主要因素，镜面精度才是决定因素

60ed再怎么叠加也还是60mm的清晰度，不会变身c14

望远镜的理论分辨率是无法通过叠加突破的，我见过8寸施卡拍出恩克缝的照片，203mm望远镜理论上不可能拍出恩 ...
0003f 发表于 2010-8-23 15:59

                               
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我们这个帖子不是讨论“望远镜的理论分辨率”，而是在讨论“获得照片的分辨率”。。。


另外，这里也只是讨论一个理想化的模型而已，要达到比望远镜理论分辨率更高的照片，需要叠加的帧数，也是会比普通的帧数多好几倍的。。。