正交散斑鬼成像

鬼成像是一种非定域成像方法。相比传统成像,其抗环境干扰能力更强,但存在着所需的测量次数过多和成像质量不高的问题。提出了一种基于正交散斑的关联成像方案,通过使用离散余弦散斑照射物体和重建算法获得物体图像。研究结果表明该方案可以有效提高成像质量,减少测量次数。该方案本质上是根据物体的先验信息选取照射的物体散斑,是一种对散斑的优化方法,具有操作简便、效果显著的优势,可促进未来关联成像的实用化发展。      

随机散斑图正交优化计算鬼成像

为克服随机散斑图照射下统计噪声对计算鬼成像成像质量的影响,提出了随机散斑图正交优化计算鬼成像方法。首先在计算鬼成像的基础上分析随机散斑图对目标物体重构质量的影响;然后结合实对称矩阵性质,通过空间映射矩阵,将原有随机散斑图正交化;再利用重构的正交散斑图对未知物体进行照射并由桶探测器测量,测得的一系列桶探测器值与计算机存储的重构散斑图通过二阶关联运算对目标物体进行重构;最后参考重构散斑图的协方差矩阵特征,对重构结果进行补偿,进一步提升物体重构质量。该方法不仅能有效提升随机散斑图计算鬼成像的成像质量,同时还具有算法结构简单的特点。仿真实验结果表明:相比于传统的随机散斑图照射下的计算鬼成像,该方法能有效地对目标物体进行重建,并表现出良好的性能。     

基于亚像素偏移的高质量鬼成像目标重构方法

针对欠采样次数下传统计算鬼成像重构图像分辨率 差和对比度低的问题,提出了一种基于亚像素偏移的高质量鬼成像目标重构方法。本文通过 分析不同颗粒大小散斑图的重构图像特性以及亚像素散斑偏移的特性后,采用2pixel×2p ixel的大尺寸散斑颗粒在空间位置分别进行水平、垂直、斜向偏移,结合未偏移原始散斑图 分别对未知目标进行图像重构,通过对四幅重构图像进行对应像素点灰度取平均值的方式把 各重构图像上由于亚像素偏移而存在的互补信息整合到同一幅图像中,进而实现1pixel×1pixel分辨率的成像。数值仿真及实验结果表明,以信噪比、对比度和结构相似性作为评价 指标,在相同的采样次数下,与未偏移散斑图重构图像相比,既获得了高对比度和分辨率的 重构图像,又能很大程度避免成像过程中细节信息遗漏的问题,其中信噪比、对比度和结构 相似性分别平均提高61.2%/46.3%/59.8%。     

激光成像系统图像散斑抑制算法比较

CO2激光相干成像系统具有分辨率高、抗干扰能力强、能三维成像等特点,但其所成图像易受到散斑噪声的污染造成分辨率下降,因此研究适用于此成像系统图像散斑噪声抑制的算法具有重要的实用价值。文中对常用的噪声抑制算法:中值滤波、同态均值滤波和Lee滤波进行了介绍,并将其应用于CO2脉冲激光相干成像系统图像的散斑噪声抑制处理,比较了三种算法的处理结果。结果表明,采用小窗口、不迭代Lee滤波进行处理时,既明显抑制了散斑噪声,又有效保持了图像的边缘信息,所以用它进行激光成像系统图像散斑噪声抑制处理是合适的。     

像面散斑平均尺寸对散斑干涉条纹图的影响

散斑计量中,为了在动态测量中得到清晰的原始散斑条纹图,使更有效的提取相位信息,提出一种改变像面散斑平均尺寸大小对散斑成像影响的方法,进而改善原始散斑条纹图的清晰度。通过分析光路参数F数和放大倍数与像面散斑尺寸大小的定量关系,通过实验进行了验证。实验结果表明,形变量一定,系统放大倍数为1,成像透镜F值为4.5,或者,当F数为2,系统放大倍数为3.5,像面散斑平均尺寸大小为5.841μm,最接近像面尺寸5.86μm成像效果最好,经正余弦算法滤波后,得到的散斑条纹图最清晰,证实了像面上散斑尺寸大小对散斑条纹图的影响。     

基于Goldstein滤波的数字散斑条纹图降噪方法

有效去除数字散斑条纹图中的噪声是散斑干涉测量技术中的关键问题。提出了一种基于Goldstein滤波的数字散斑条纹图平滑方法。该方法需要将散斑条纹图中的干涉相位转换为矢量空间中的单位矢量,并进行快速傅里叶变换(FFT),得到其频谱,然后对频谱进行加权处理,从而抑制噪声的频率成分,再将加权处理后的频谱变换到空间域,计算干涉相位,得到原始散斑条纹图的滤波结果。将该滤波方法运用于四步相移数字散斑干涉条纹图像处理。实验结果表明,该方法在滤除散斑噪声的同时能够有效地保护散斑条纹图的轮廓和细节信息,增强了散斑干涉条纹的对比度。     

激光雷达主动偏振图像散斑抑制算法

针对激光主动偏振图像的散斑去除问题,提出了一种基于异向扩散的冲击各向异性滤波模型。该模型融合了冲击滤波器和小核值相似区算法,利用小核值相似区算法提取偏振图像边缘,减少了噪声对边缘检测的影响;针对不同的图像区域,自动调整冲击滤波器的系数,使得该算法既能保持图像边缘,又可以很好地抑制图像的散斑。使用八方向一阶差分估计小核值相似区算法的门限,门限估计更加准确;迭代终止条件采用完全散射区域的平均绝对误差作为标准,使得迭代次数更加合理。通过对比等效视数和边缘保持指数可见,冲击各向异性滤波算法的散斑抑制能力和边缘保持能力与传统的Lee和SRAD模型相比更加有效。     

基于量子关联成像的图像重构算法采样数研究

量子关联成像技术采用单点强度探测,存贮信息量大,成像速度慢,需研究快速图像重构成像算法。对量子关联成像技术图像重构算法中的统计迭代法和压缩感知算法的采样次数进行了仿真分析,压缩感知算法采用二维离散余弦变换（DCT）将图像稀疏化,高斯随机矩阵作为测量矩阵,正交匹配追踪（OMP）算法对图像进行重构。结果表明：图像越大,重构图像需要的采样次数和采样时间越长,采用压缩感知算法能有效减少采样次数,从而提高系统成像速度。因此,研究量子关联成像的图像重构算法,减少图像的采样次数,对提高成像速度具有重要意义。     

基于黑体辐射非相干光的计算鬼成像研究

近年来,鬼成像在远距离成像特别是遥感成像领 域的应用取得重要进展。为了促进日 光鬼成像在此领域的应用,本文研究基于黑体辐射非相干光的计算鬼成像,首先根据黑体辐 射的强度概率密度函数得到描述计算鬼成像质量的衬噪比(contrast-to-noise ratio,RCN) 表达式,接着融合切片采样思想利用计算机生成模拟黑体辐射的随机散斑图,最后利用数字 光投影仪调制产生模拟黑体辐射光源的随机调制光,并以此为光源实验上实现反射式物体的 计算鬼成像,重建得到了不同测量帧数条件下物体的“鬼像”并测量了描述成像质量的衬噪 比。结果一方面表明在随机调 制散斑强度(灰度)平均值约为160时, 成像质量相对较好,另 一方面表明随着测量帧数分别从2000增加到4000 、6000000、12000、20000,图像的衬噪 比从0.879逐渐增大至1.241、1.516、1.755、2.100、2.371,实验结果和理论分析基本一致 。该结果对于以太阳光等近似看成黑体辐射的非相干光为光源的鬼成像在远距离成像等领域 的应用具有重要意义。     

多尺度压缩感知鬼成像系统

现有的鬼成像系统中都使用固定尺度的散斑进行成像,而目前的仪器可以实现多尺度散斑鬼成像。本文对采用多尺度散斑的压缩感知鬼成像系统进行研究。采用计算机仿真模拟的方法,利用具有四个分辨率尺度的图像作为原始图像,对多种不同尺度散斑且不同比重情况下的恢复图像进行了研究分析。结果表明采用多尺度散斑的压缩感知鬼成像系统可以得到更加靠近真实值的图像,且在小散斑尺寸占据大比重的情况下,获取图像的分辨率不会受到干扰。     

赝热光的相干时间对鬼成像影响的理论与实验研究

激光照射旋转毛玻璃产生的赝热光是鬼成像中最常用的光源.文章从理论和实验上研究了赝热光的相干时间对鬼成像的质量和成像效率的影响.理论上，首先指出赝热光场的相干性是由毛玻璃的转动引起的，并基于旋转毛玻璃的时空随机特性，推导了赝热光鬼成像的二阶关联函数，得到了关联重构图像的解析表示.结果表明，在满足探测器的曝光时间远小于赝热光相干时间的条件下，鬼图像的表达式中不包含转速，毛玻璃转速对关联重构图像没有影响.其次，分析了鬼成像中涉及的几个时间尺度，探讨了提高成像质量和效率的途径.经分析，探测器的曝光时间要远小于赝热光源的相干时间，采样间隔要尽可能大于相干时间，这保障了在鬼成像中能探测到有效的光场强度涨落，从而能保证成像质量，又提高成像效率.实验上，分别进行了不同毛玻璃转速和不同采样帧率下的鬼成像的对比，结果表明，毛玻璃转速对关联重构图像没有明显的影响，同一相干时间内的多次采样对鬼成像的质量没有明显提升，从而验证了理论的正确性.该研究为鬼成像质量和成像效率的提高提供了新的思路.     

基于多次滤波技术的单次曝光三维物体数字全息

为了改善数字全息重构像质量以达到可实际利用的目的,首先采用以马赫-曾德尔干涉仪为基础的三维物体全息实验光路,运用单次曝光的方法,记录了真实三维物体的数字全息图。由于对该全息图直接计算得到的重构像,受零级衍射光斑和散斑噪声的影响较大,使得重构像质量难以令人满意。为此采用了一套独特的多重滤波数字图像处理方法,即综合运用小波分析与收缩加权平均滤波对实验获得的数字全息图及其数字重构像进行滤波处理,成功地消除了数字重构像中的零级衍射光斑、减小了散斑噪声的影响,得到逼真的三维物体重构像。实验结果表明,该方法简便、实用,可显著提高三维物体重构像的质量。由于采用单次曝光,无需记录多幅图像,此方法便于在实时图像分析处理等领域中应用。     

基于改进三维块匹配滤波的红外全息降噪算法北大核心CSCD

红外全息技术更适用于长距离的大视场成像,但其散斑噪声与高斯噪声对图像质量的影响也更加显著,限制了红外全息技术的应用与推广。本文通过引入全局傅立叶阈值与自适应维纳滤波的方法对三维块匹配滤波算法进行优化,提高了其对红外全息图像降噪的适应性与细节保留,得到改进的三维块匹配滤波算法,并与多种采用传统滤波方法的结果进行了对比。结果表明,改进后的算法可以在对红外全息图像中的高斯噪声等环境噪声与散斑噪声进行降噪的同时保留更多细节,是一种更加适用于红外全息图像的降噪方法。     

轴向运动目标的热光高阶鬼成像研究

提出一种基于B样条概率密度函数(PDF,probability density function)估计的复杂纹 理图像分类识别方法,主要包括图像纹理PDF特征学习、 表征以及纹理类型识别3个步骤。在图像纹理PDF特征学习和表征中,引入各向异性高斯导 数方向滤波器获得纹理图像多尺度和 多方向空间结构;然后基于预先固定的B样条基函数,将图像空间结构PDF估计转化为与 基函数相对应的权值向量估计;之 后采用最远邻聚类方法,获得图像空间纹理结构的PDF特征字典库;最后采用最近邻方法, 获得各类纹理在特征字典库上的直方图 分布表示。在纹理类型识别阶段,基于直方图距离测量结果实现纹理图像分类识别。在不同 纹理图像数据库上进行了大量的验证性和对比性实验,实验结果表明所提方法的有效性 和优越性。     

劈裂纳米矩形的Fano共振效应及对不同偏振角入射激光的衰减作用

为了探讨光场的高阶关联对于轴向运动目标鬼成像 成像质量的影响,将热光高阶鬼成像相关理论应用于轴向运动目标鬼成像的研究中。首先, 建立了理想热光高阶强度涨落的轴向运动目标鬼成像模型,给出轴向运动目标高阶鬼成像的 高阶关联函数;接着,设置不同仿真参数对建立的数学模型进行了数值模拟,同时给出了相 关仿 真图像;最后,采用峰值信噪比(PSNR)质量评价方法 比较仿真图像的成像质量,并对仿真结果进行了分析。结果表明,对于轴向运动目标,随着 参考光束的阶数增加,光场的高阶关联将会极大的增加背景 涨落的噪声,导致图像重建质量急剧变差;而信号光束的阶数增加对成像质量影响较小,但 是成像质量会 随着信号光束的增加而增加,最低阶的鬼成像得到的鬼像质量最好。     

基于压缩感知的偏振鬼成像系统

偏振鬼成像系统结合了强度和偏振探测,扩展了鬼成像系统的信息量,可以进行有效的目标识别和探测。常规相关偏振鬼成像系统需要大量采样数,且复原结果信噪比低。为此提出基于缩感知的偏振鬼成像系统,利用系统获取物体的强度和偏振参数,采用压缩感知算法来反演获取物体的强度和偏振信息。利用仿真实验,采用具有相同反射率但不同偏振特性的物体进行研究,结果表明采用压缩感知算法可以在很少的采样数下获取高质量的物体强度和偏振信息,提高了系统的实时性,并与相关算法进行了对比。最后采用图像融合算法对强度和偏振信息进行了融合,通过融合信息可以有效地进行多种物体的识别。     

基于相关视角多视校正的太赫兹阵列雷达散斑抑制方法

在针对人体安检的站开式太赫兹阵列雷达三维成像中,散斑效应严重影响了对体表隐藏违禁品的检测和识别性能,为此,对全息散斑进行有效抑制有着迫切的需要。利用目标旋转带来的角度自由度,结合目标散射对角度的敏感性,提出了一种基于相关视角多视校正的太赫兹全息雷达散斑抑制方法。在理论上推导了全息雷达散斑强度在相关角度照射下的归一化协方差表达式,给出了相关视角多视处理后的散斑对比度。在实验上利用340 GHz站开式MIMO阵列成像系统的快速成像的优势,对低速旋转目标在相关视角下的单视成像结果进行成像空间旋转校正、目标配准和多视处理。处理后散斑对比度降低至单视散斑的44％,散斑得到了有效抑制,目标轮廓明显,细节更加丰富。该方法能够在不增加系统复杂度的条件下有效抑制散斑噪声,实现图像增强。     

一种分块自适应压缩感知图像重构算法

CS理论中,在离散余弦变换下使用OMP算法重构图像时需要较高的测量值可以获得较好的重构效果,但是存在重构图像模糊的问题.为此,提出了基于离散余弦变换的图像分块自适应正交匹配追踪(BAD-OMP)算法.基于分块压缩感知技术,对图像进行均匀分块处理,根据图像块稀疏性进行自适应采样,再用均值滤波算法平滑处理,从而减少重构所需的测量值,降低块效应.仿真结果表明,采样率取0.1 ～0.35 时,BAD-OMP算法重构图像的PSNR值较OMP算法的PSNR值高9～1 1 dB,实现了在低采样率下获得较高的重构质量.