光谱编码计算关联成像技术研究

现有的多光谱成像技术通常采用光学分光的方式，使用多个探测器对成像场景的光谱图像进行采集，导致现有成像系统复杂，数据量大、效率低。针对现有技术的不足，提出基于正交调制模式的光谱编码计算关联成像技术。通过正交光谱编码矩阵融合Hadamard基图案构造投影散斑对宽带光源进行调制，单像素探测器收集成像物体与调制光源相互作用后的反射信号；应用演化压缩技术复原成像物体的混叠光谱图像；利用编码矩阵的正交性质解码出欠采样的光谱分量图像，对分离出的图像应用组稀疏压缩感知算法重构全采样的光谱分量图像，最后融合出成像物体的多光谱图像。通过数值模拟与实验两方面验证了所提方法的高效性。所提的技术简化了多光谱关联成像系统，降低了数据量。光谱编码方法可以扩展到更多的光谱通道，也可以应用在偏振关联成像、信息加密等领域。     

基于强度调制的编码孔径光谱偏振测量方法

为实现在单次成像条件下获取图像的光谱偏振信息,提出了一种基于强度调制的编码孔径测量方法。该方法采用消色差1/4波片、多级相位延迟器和检偏器组成的光谱偏振强度调制模块,将入射光的Stokes参量各元素谱调制到不同的频率上,利用编码孔径和色散棱镜组成的光谱成像系统对该调制光谱进行压缩编码,并通过CCD进行探测。利用TwIST算法重构出经调制的光谱信息,对各个频谱通道进行分离重构出Stokes元素谱。以单一像素点为例,对入射光强度调制、光谱重构及Stokes参量的解调进行了数值模拟。结果表明:该方法可实现对稀疏图像的光谱偏振信息的获取,该过程仅需对图像进行一次测量,因此具备高速获取能力。     

压缩光谱成像空间编码的调制效应

空间光调制过程是空间编码压缩光谱成像方法中影响光谱成像数据保真度的重要环节。为拓展现有压缩光谱成像空间光调制的编码种类,揭示其与成像数据保真度的关联规律,针对压缩光谱成像中的编码调制效应展开研究。基于成像系统物理模型,拓展现有二值化编码振幅调制方法,开展非二值化连续型编码振幅调制研究,进而验证相位型调制方法的施用方法,以全波段图像均方根差作为评价成像数据保真度的参数,量化各类编码调制方法与成像数据保真度的关联。构建具有特定空间特征和谱线特征的仿真场景,实施压缩光谱成像仿真实验,比对六类空间编码调制效应下的成像效果,验证非二值化振幅编码调制的施用可行性及相位型空间光调制对提高此类成像方法数据保真度的有效性。     

用于空间转换的巴克ISAR信号形成与图像重构

讨论了基于巴克相位编码调制发射信号和三维逆合成孔径雷达（ISAR）结构的ISAR概念。ISAR信号形成可理解为3D图像功能向2D信号功能的非对称空间转换,而图像重构被认为是2D信号功能向2D图像功能（重构的图像）的空间逆转换。经证实,这种图像重构算法由距离压缩互相关、方位压缩傅里叶变换（被认为是第一级运动补偿）和更高级相位校正组成（被认为是更高级运动补偿,通称自聚焦程序）。引入熵作为图像成本功能,以评估相位校正功能的多项式系数。通过数值实验以验证ISAR的几何结构,信号形成模式和图像重构算法。     

复杂反射率物体三维测量方法研究

针对复杂反射率物体在三维测量中,激光条纹图像曝光程度差异问题,提出一种自适应多曝光获取三维点云的方法。该方法根据所研制采集系统的成像原理,拟合出视觉传感器成像函数。将初始条纹几何中心反射率突变点设为基准点,并对复杂反射率物体上的条纹信息按基准点进行分段采集;根据各分段区域反射率均值计算相应自适应曝光参数;按基准点融合所采集的激光条纹信息。测量平台采用步进运动,实现物体整体扫描。应用二次拟合重心法提取条纹中心坐标,生成三维点云信息。经实验验证,自适应曝光准确率高于90%,条纹能量集中度大于5,三维点云均方根误差低于0.3 mm,该测量方法有效解决了条纹图像过曝光或欠曝光问题,可在动态下实现复杂反射率物体三维测量。     

单次曝光频域振幅编码压缩成像

超分辨率被认为是光学成像和图像处理的“圣杯”之一.有别于传统的多幅亚像素图像配准融合实现超分辨率的方法面临的配准误差以及高成本问题,得益于大多数图像普遍具有的稀疏表示特性,本文将压缩传感理论引入超分辨率成像,提出一种新的单次曝光频域振幅编码压缩成像方法.利用4-f傅里叶光学架构实现图像信息的频域0/1振幅随机调制,然后可以使用低分辨率CCD器件实现积分下采样记录对应的测量值,最后利用优化方法从少量的测量值中重建原高分辨率图像.模拟实验验证了本文提出的方法可以有效地实现二维图像信息的获取与重构.此外,本文的方法可以有效地处理大尺寸图像的压缩成像问题,具有重要的应用前景.     

相位凝固技术中干涉信号调制解调误差分析

为了进一步减小基于相位凝固技术的激光反馈干涉系统测量运动物体微位移时的测量误差,采用MATLAB数值仿真及曲线拟合的方法,对移相间隔和外腔反射面振动幅度引起的系统误差进行了理论分析。在系统实验中依据相位凝固原理对物体运动产生的干涉信号进行采样,获取多组光功率曲线,在光功率曲线上实时判向并标记特征点。根据特征点重构被测物体的微位移曲线,对重构得到的微位移台阶曲线进行多项式拟合以提高测量精度。结果表明,在固定移相间隔为/5、激光器波长为1550nm的情况下,测量分辨率优于/20(77.5nm),实际测量的绝对误差最大值为47.98nm,峰峰值误差平均值小于1nm。相位凝固技术调制解调干涉信号为微位移的方向辨识和高精度测量提供了新的解决方案。     

静态成像光谱偏振仪

提出了一种基于幅度调制技术和空间调制干涉成像光谱技术的静态成像光谱偏振仪(SISP).利用由消色差1/4波片、多级相位延迟器和线偏振器组成的光谱偏振调制模块将入射光的斯托克斯分量信息调制到不同的波数上,利用干涉成像光谱仪单次曝光获得经光谱偏振调制的干涉图,不同的斯托克斯分量在干涉图上分离,再采用傅里叶变换从干涉图上解调...     

基于灰度拓展复合光栅的单帧三维测量方法

提出了一种基于灰度拓展的单帧正交复合光栅三维测量方法。由于受商用DLP最大灰阶动态范围256的标准限制,单帧复合光栅中的多张调制光栅共享256灰阶动态范围导致其对比度变小,其表征的三维物体的相位信息被压缩,解相过程出现相位断裂现象,测量误差增大。采用时分复用原理,将一具有766灰阶的正交复合光栅拆分为三幅不同的具有256灰阶的条纹图。依次序加载进循环播放的视频中投射至待测物体表面,当用曝光时间为3倍视频刷新周期的整数倍10 bit CCD采集时,就可采集到具有766灰阶动态范围的变形复合光栅像。通过滤波和灰度校准等计算后,物体的三维面形能够完整而精确的重建。经仿真和实验验证,所提方法打破了DLP256灰度投影的限制,有效提高了相移变形条纹的动态范围,增大了被测物体细节信息,避免了相位展开环节相位断裂而引起物体面形重构不完整的现象。     

L波段雷达电离层高速运动目标ISAR成像补偿方法

目标高速运动和电离层效应都会对低频段宽带线性调频雷达信号的相位产生调制现象,进而降低逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率。为得到清晰的目标ISAR图像,需有效消除这两者对目标回波的影响。该文首先建立电离层高速运动目标回波的信号模型,再根据目标回波为高阶多项式相位信号的特点,提出基于离散多项式变换的高阶相位估计算法,利用高阶相位估计值进行回波信号相位调制分量补偿,实现ISAR成像的自聚焦。仿真实验表明,该算法可以准确估计回波信号高阶相位参数,提高ISAR成像质量。     

基于光谱重建技术的壁画颜色复原与评价

为了在给定的照明和观察条件下，用相机响应信号重建物体表面光谱反射率，实现颜色的高精度复原，采用了多光谱成像技术采集物体表面的多光谱图像，使用主成分分析、 R 矩阵和正则化 R 矩阵方法进行了光谱反射率重建的理论研究，并对壁画色块颜色复原进行了实验验证，取得了壁画色块的重建光谱和颜色复原数据，同时对基于正则化 R 矩阵方法的壁画色块颜色复原结果进行了评价。结果表明，正则化 R 矩阵方法进行光谱重建的光谱精度和色度精度更高，与主成分分析和 R 矩阵方法相比，色差降低了0.0732，适应度系数提高了1.10%，均方根误差降低了0.0035，光谱匹配偏指数降低了0.0225。该方法能够满足高精度颜色再现的需要，适用于文物艺术品数字化存档、文物艺术品修复等领域。     

同轴全息显微镜的三维压缩感知去卷积体积重建

数字同轴全息显微镜是一种二维成像技术,最近已被应用于三维成像,然而在三维图像生成的过程中,物体的失焦图像成为三维体积重建上获取明显三维特征的重要障碍。将压缩感知层析重建算法与去卷积算法相结合,显著减少重建中散斑噪声和失焦伪影对目标的影响。结果显示,与单一的三维去卷积重建图像相比,对于重叠的金属丝,光学标尺,生物棉花切片以及微米级聚苯乙烯颗粒的三维堆积图像具有更好的聚焦效果。     

基于压缩感知高反光成像技术研究

高反光物体成像时反射的光强容易超出传感器接收光强的最大量化值,使得采集图像部分区域图像失真,严重影响信息传递。为了改善高反光成像饱和区域中数据丢失的状况,该文结合压缩感知这一新的采样理论提出基于压缩感知高反光成像方法,利用特定测量矩阵对目标图像进行线性采样,将CCD图像传感器的单个光强采样值与测量矩阵中的分布数据对应结合,对整合后的数据用算法进行恢复重建实现被测目标在高光环境中成像。以峰值信噪比和灰度直方图作为客观评定标准。实验表明,该成像方法鲁棒性较强、可行性较高,直方图检测饱和像素占比为0%,峰值信噪比为58.37 dB实现了在高光环境下不含饱和光成像,为压缩感知在成像应用中提供了新的方向。     

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。     

强背景杂波下的地面运动目标干涉式三维成像

基于逆合成孔径雷达(ISAR)成像与干涉式测角原理的结合,该文提出一种地面运动目标的干涉式雷达三维成像方法。利用获得的角运动参数对回波信号在原始数据域进行补偿,完成对应干涉天线上的复图像对准。按照目标散射中心点的空间位置,重构运动目标的三维图像。该文提出的基于线性调频信号拉伸处理的杂波剔除方法,在用干涉技术进行三维成像之前剔除强背景杂波,方法简单易于工程实现。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于压缩感知的多光谱图像去马赛克算法

针对目前多光谱图像去马赛克算法存在计算量大、效率低的缺点,本文提出一种基于压缩感知的多光谱图像去马赛克算法。首先,分析去马赛克与压缩感知问题的等价性,建立基于压缩感知的去马赛克模型;然后,采用离散余弦变换构建压缩感知的稀疏基,将去马赛克问题转化为压缩感知的信号重构问题;最后,采用改进的光滑0范数和修正牛顿法的重构算法求解去马赛克问题,得到重构的多光谱图像。仿真实验表明,相对于基于克罗内克压缩感知和组稀疏两种算法,本文算法提高了重构的多光谱图像的峰值信噪比,能有效减少对比算法重构多光谱图像中出现的锯齿现象,改善了重构图像具有更好的视觉效果。实验结果验证了本文算法的有效性。     

合成孔径雷达运动目标谱图二维压缩与重构方法

在完成合成孔径雷达(SAR)双通道回波数据对消处理的基础上,提出一种基于压缩感知的运动目标谱图二维压缩与重构方法。通过构造二维观测矩阵对SAR谱图在距离和慢时间方向上分别进行压缩,接收端设计二维正交匹配追踪法来重构原始谱图信息,进一步得到目标高分辨二维像。该方法可大幅降低SAR运动目标谱图数据量,并在稀疏度估计值不小于应有稀疏度值且两者比较接近的条件下,准确重构出原始谱图信息,同时得到高质量的运动目标二维像。仿真验证了方法的有效性。     

互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用

在微光成像中,距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言,可以通过对目标切片成像,获得不同选通距离的目标图像,进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言,在切片成像的同时,目标的空间位置会发生变化,因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准,而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统,提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置,然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像,并在保证一定的三维精度基础上,逐渐减少激光图像的像幅数,最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比,实验结果表明,互信息配准算法能够有效配准激光图像,互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法,最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像,大大降低了对运动目标三维成像的难度。     

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。