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。     

基于散斑图滤波的差分鬼成像优化算法

针对传统鬼成像重构算法采样次数多、重建图像质 量差的问题,提出了一种基于散斑 图滤波的差分鬼成像优化方法。该方法在差分鬼成像的关联阶段先对随机散斑图进行相应的 滤波处理;再将原始桶探测器值与处理后的散斑图作关联运算,得出降噪处理后的重建鬼像 ,最后通过图像融合的方法补充重建图像的细节信息。数值仿真结果表明,与传统差分鬼成 像相比,在相同采样次数下重建差分图像的峰值信噪比提高了2-4 dB。实验结果表明该 算法能够很好地兼顾采样次数和图像质量间矛盾关系,对低采样次数下的鬼成像也能取得良 好的恢复效果。     

基于微粒子群优化算法的数字散斑图像相关方法

为了能够通过一步搜索同时得到数字散斑图像中所测点的整像素和亚像素位移信息,采用灰度插值的方法构造了亚像素子区,改进了基于微粒子群算法的数字图像散斑相关方法。对含有平移信息的模拟散斑图和具有应变的模拟散斑图进行相关计算,验证了该方法的适用性;在对具有微小面内位移转动的试件进行测量时,比较了整像素的微粒子群算法和不同量级的灰度插值下的亚像素微粒子群算法。结果表明,基于微粒子群算法的亚像素数字散斑图像相关方法在测量小位移方面具有一定的优越性。     

基于相位分析的散斑图像位移测量算法

通过对数字散斑图像位移测量方法和激光散斑图像特点的研究,提出了一种利用数字散斑图像进行位移测量的新方法:同频率相位比较法.该方法把移动前后的激光散斑图像像素分别在X、Y方向上叠加,对叠加后的一维序列进行频谱分析,找出同一频率的信号的存前后两幅散斑中的相位偏移,然后通过统计分析求解激光散斑图像的位移.大量实验证明,上述算法可行,不使用插值法即可求解亚像素级位移,并能大幅度提高位移测量速度.     

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。     

余弦编码复用高空间分辨率关联成像研究

发展了一种余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术。首先通过构造多个低空间分辨率的余弦编码散斑复用为高空间分辨率调制散斑对目标进行调制照明,单像素探测器收集调制光与目标相互作用后产生的散射光强,由迭代算法复原出目标的混叠图像。进而鉴于余弦编码所特有的确定性频谱结构,利用数字图像处理方法高效解码重构出多个低空间分辨率物体图像,最终拼接为高空间分辨率目标图像。理论分析了余弦编码复用高空间分辨率关联成像技术实现方法,并仿真验证了该方法的有效性。本方法大幅降低了传统高空间分辨率关联成像所需的调制散斑,减少了在线采样时间与离线图像重构时间,提高了高空间分辨率关联成像的成像效率。     

数字图像相关法散斑图质量评价方法

为了研究数字图像相关方法中散斑图质量的有效评价问题, 采用散斑图质量表征参量——平均灰度2阶导数对散斑图质量进行了有效评价。通过分析图像插值误差与图像灰度信息分布形式之间关系, 指出散斑图平均灰度2阶导数与散斑图灰度信息分布形式之间的关系; 为了验证该散斑图质量表征参量的有效性, 利用傅里叶变换对散斑图进行平移实验, 通过Newton-Raphson(N-R)方法对平移前后的散斑图进行亚像素位移计算, 由位移计算结果可知, 具有低的平均灰度2阶导数的散斑图对应小的位移测量误差。结果表明, 平均灰度2阶导数在散斑图质量评价中具有一定的有效性; 在实际应用中, 应结合散斑图平均灰度2阶导数和平均灰度梯度对散斑图质量进行综合有效的评价。该研究为高质量散斑图的制备与选取提供了参考。     

亚像素数字散斑相关测量的曲面拟合法研究

研究了亚像素数字散斑相关测量中整像素搜索窗口、拟合窗口、散斑尺寸等因素对曲面拟合法测量精度的影响.采用二元二次多项式曲面拟合方法,利用计算机生成的模拟散斑图像,对水平位移分别为0.1,0.3,0.5,0.7,0.9pixel的图像进行了研究.结果表明,最佳搜索窗口为31×31～51×51 pixels,最佳拟合窗口为3×3 pixels,散斑图的平均散斑尺寸为2 pixel时,能较容易地实现相对误差小于5%的目标.而在高斯噪声免疫力方面,0.9 pixel以上的位移具有较强的免疫力.在散斑相关测量精度要求不是很高(＞1 μm)的情况下,曲面拟合法是一种非常适合的方法.     

基于梯度法的数字散斑图像相关亚像素搜索算法

数字散斑图像相关法是对全场位移和应变进行测量的十分有用的无损检测技术.设计精确的亚像素搜索算法是提高测量精度的关键问题.研究了数字散斑图像相关技术的基本原理,在梯度法的基础上,提出了一种基于梯度法的变步长的亚像素搜索算法并应用到相关搜索中,通过对模拟散斑图的位移分析证明了该算法的可靠性和稳定性,并对刚体平移实验进行了测...     

数字散斑三维重建中散斑特性分析

详细介绍了基于数字散斑相关技术的三维重建方法,包括双目立体视觉基本原理以及散斑三维重建基本流程。重点分析了整像素对应点查找方法以及基于牛顿-拉弗逊迭代的亚像素插值算法,实现了散斑亚像素级三维重建。针对数字散斑相关计算模型,分析了影响相关系数的因素,并围绕相关系数计算和亚像素同名点插值精度两方面重点分析了二值随机散斑和灰度随机散斑的三维重建效果。通过设计不同尺寸颗粒的散斑图案和采用不同大小的相关计算窗口,分别对平面陶瓷板和陶瓷标准球进行了三维重建精度分析。实验结果表明,二值散斑能获得更高的重建精度。     

基于水体退化函数补偿方法的水下傅里叶单像素成像

水下光学成像的探测环境相对复杂。前向散射、后向散射和吸收极大地降低了水下光学成像的成像质量。单像素成像因其较高的抗噪声性而被认为是一种适合于水下光学成像的技术。对于水下单像素成像系统,目前存在的问题是需要采用结构光进行照明,当散斑在水下传播时,前向散射会使预先生成的散斑发生畸变。因此,重建结果的分辨率降低,重建结果模糊不清。为了减小前向散射对单像素成像系统的影响,对傅里叶单像素成像的重建过程进行改进。在空间谱域傅里叶单像素成像系统的水下退化函数进行估计,然后根据估计的退化函数实现目标空间谱反演。最后利用傅里叶变换对反演后的目标空间谱进行变换,最终获得目标的强度图像。理论分析和实验结果证明了该方法的有效性。利用该方法,能够有效地减小前向散射对成像质量的影响,提高了水下傅里叶单像元成像的重建结果质量。     

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。     

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GPU的太阳图像斑点重建技术实现

在地基太阳观测中,光线在穿越大气层时会受到大气湍流的影响而导致图像扭曲、变形以致质量下降。为了消除或降 低大气湍流的影响,事后图像处理技术被用来获得高分辨力的太阳图像。基于斑点干涉法和斑点掩模的事后重建算 法可以获得高分辨力的图像,但由于计算复杂度高,难以满足实时性的要求。在讨论了算法原理的基础上, 使用CUDA并行计算架构实现了太阳斑点重建算法并行化。实验结果表明,在GPU环境下,一张TiO通 道2304 pixel$\times$1984 pixel像素大小的图像,可以在70 s内完成重建,相比运行在CPU上的串行程序,加速比可达7以上。