基于相位編碼技術(shù)的計(jì)算成像方法研究.pdf

1、目前在多個(gè)領(lǐng)域?qū)τ诠鈱W(xué)成像探測(cè)的要求越來(lái)越高,高清晰、高分辨率圖像的獲取在很多方面成了目標(biāo)識(shí)別的重要手段。隨著光學(xué)領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,尤其是探測(cè)器技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步,使得獲取高質(zhì)量圖像成為可能,但是高分辨率的圖像信息勢(shì)必伴隨著所需的存儲(chǔ)、處理資源也同步增長(zhǎng),同時(shí)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的要求也越來(lái)越高。然而在一些特定領(lǐng)域,如航空航天、生產(chǎn)線在線測(cè)試等,所能提供的硬件及軟件資源非常有限,高質(zhì)量圖像與有限資源之間的矛盾尤為突出。
　　傳統(tǒng)光學(xué)成像的

2、模式主要針對(duì)獲取圖像的可視性,即要求光學(xué)成像系統(tǒng)在采樣時(shí)就能獲取高質(zhì)量的、人眼可直接識(shí)別的圖像,對(duì)于圖像處理,大多僅限于對(duì)于模糊圖像的恢復(fù)手段,也就是說(shuō),光學(xué)成像系統(tǒng)與圖像恢復(fù)并沒(méi)有作為統(tǒng)一、完整的系統(tǒng)綜合考慮,從而造成很大的資源浪費(fèi)。
　　在此背景下,本文將光學(xué)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)合在一起進(jìn)行綜合優(yōu)化,在傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)中增加光學(xué)編碼器件,利用相位編碼技術(shù)對(duì)光信息直接進(jìn)行編碼,經(jīng)探測(cè)器采樣后,再通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)重構(gòu),

3、獲取高質(zhì)量的可視圖像。不同于傳統(tǒng)成像方法“先采樣,后處理”的信號(hào)處理方式,本文所涉及的是一種“先處理,后采樣,再?gòu)?fù)原”的新型計(jì)算成像方法,即將光學(xué)系統(tǒng)作為信號(hào)處理的一部分,探測(cè)器采樣的是經(jīng)處理后的壓縮信號(hào),降低采樣信號(hào)總量,減輕探測(cè)資源壓力,通過(guò)數(shù)據(jù)重構(gòu)仍然可以獲取高質(zhì)量圖像。主要功能包括:
　　(1)降低采樣數(shù)據(jù)量;
　　(2)低分辨率信號(hào)采樣,高分辨率信號(hào)恢復(fù);
　　(3)突破衍射極限成像。
　　本文所涉及的

4、計(jì)算成像方法主要是對(duì)光信息進(jìn)行相位調(diào)制,傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)中絕大多數(shù)對(duì)于光信息的相位特性考慮較少。相比振幅調(diào)制,相位調(diào)制對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度損害較小,探測(cè)到的信號(hào)信噪比較高,更有利于探測(cè)微弱信號(hào)。我們分別針對(duì)相干光成像和非相干光成像這兩種情況,討論了兩種相位編碼成像方法,分別是頻譜面相位編碼成像和相位編碼隨機(jī)投影成像,利用光學(xué)器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的低分辨率采樣,高分辨率信號(hào)復(fù)原。優(yōu)化相位編碼板設(shè)計(jì),使其更易加工實(shí)現(xiàn)。計(jì)算模擬其成像效果。

5、r>　　以上兩種成像系統(tǒng)均可突破傳統(tǒng)成像系統(tǒng)信息總量受空間-帶寬積的限制,可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的低分辨率采樣,高分辨率恢復(fù)。頻譜面相位編碼成像采樣率在25％左右,而相位編碼隨機(jī)投影成像理論上也可實(shí)現(xiàn)25%的采樣率成像。但本文采用線掃描的方式,應(yīng)用了一個(gè)維度的稀疏度,進(jìn)行了成像模擬,結(jié)果表明,對(duì)于復(fù)雜圖像,采樣率在50%時(shí),就可以取得較好的成像效果,對(duì)于信號(hào)稀疏度較大的情況,采樣率可以更低。同時(shí),通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn),在不考慮噪聲的前提下,該成像方法所復(fù)原