提高关联成像重构质量的研究

比较基于压缩感知关联成像(CGI)与伪逆关联成像(PGI)两者之间的成像效果差异,探讨形态学权重自适应对关联成像去除噪声的效果。选择不同的图像,通过MATLAB软件开展仿真实验,对目标图像分别采样64、256、512、1 024、2 048、3 000次,首先通过关联成像、基于压缩感知关联成像与伪逆关联成像三种方法重构图像,再对比压缩感知与伪逆两种方法重构图像的效果,以峰值信噪比(PSNR)、相关系数(CC)为量化指标,将基于压缩感知关联成像与伪逆关联成像在不同采样次数下进行对比分析。同时,通过实验分析形态学权重自适应去除关联成像中噪声的效果。伪逆关联成像在低次数采样的情况下比基于压缩感知关联成像的成像效果更好,在高采样次数下,基于压缩感知关联成像的成像效果更好。在实际重构中压缩感知关联成像重构的图像仍有噪声,形态学权重自适应可以有效去除关联成像实验中产生的噪声。     

基于压缩感知关联成像的目标检测技术

高效率的目标检测是视觉应用的重要技术,但运动目标的提取易受环境的影响。关联成像能够解决特殊环境下难以获得清晰图像和一些常规成像技术不易解决的问题。在目标检测中,利用关联成像采集图像信息并运用背景差分法在压缩域中获得目标图像的测量值,直接通过压缩感知重构出目标图像。这种方法可以解决在特殊情况下无法检测到目标的问题,同时检测到的目标图像清晰,采样次数少,信噪比也较高。     

基于压缩感知的快速纠缠光量子成像方法

纠缠光量子成像效率主要受数字微镜器件(DMD)采样时间开销的影响,现有的 DMD 采样方式是对所有像素点进行逐 点扫描,从而导致成像效率较低。 针对这一问题,利用纠缠光的时间和空间关联特性,通过压缩感知算法对参考光进行稀疏采 样,同时利用正交匹配追踪算法(OMP)从符合计数结果中得到目标图像。 此外,还分析了不同捆绑像素数、DMD 采样分块大小 和图像稀疏度对成像质量和效率的影响,并通过搭建实际的纠缠光量子成像系统验证了所提方法的有效性。     

基于压缩感知归一化关联成像实现目标重构

在归一化关联成像的基础上,结合压缩感知理论,提出了基于压缩感知的归一化关联成像方法。该方法首先对物臂的桶探测值进行归一化处理,并由散斑场构造测量矩阵;然后采用正交匹配追踪算法,在低测量次数下优质量地还原出了物体的像。实验中采用灰度图像及二值图像作为成像目标,以峰值信噪比作为衡量标准,分别对传统关联成像,归一化关联成像及压缩感知归一化关联成像的重构效果进行了量化对比。仿真实验结果表明,对于细节较为丰富的灰度图像,压缩感知归一化关联成像的峰值信噪比较传统方法高6dB左右,比归一化关联成像方法提高了2dB左右;对于细节较少的二值图像,其峰值信噪比较归一化关联成像法高3.4~4.3dB,比传统法高5.2~6.5dB。最后,采用实际电荷耦合元件测得的散斑场构造了测量矩阵,实验结果进一步验证了基于压缩感知的归一化关联成像算法能提高重构质量。     

基于消色差透镜的单像素与计算关联光谱成像

光谱成像系统受色差影响会导致图谱混叠，本文将单像素成像以及计算关联成像分别与光谱成像系统相结合，并在系统中引入900～1 700 nm适用的消色差透镜来校正色差。首先计算出不同胶合消色差透镜的色差大小并以此选取透镜，所选消色差透镜相较其它透镜对色差校正可以提高一个量级。其次分析了色差对光谱成像系统的影响以及单像素成像和计算关联成像的差异。最后仿真和试验分析单像素光谱成像和计算关联光谱成像特点。试验结果表明对于900～1 700 nm的近红外光谱成像，基于消色差透镜的单像素光谱成像系统取得了更好的图像重构结果，其峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio,PSNR）提高了3.93 dB，结构相似度（Structural Similarity, SSIM）提高了0.96%。消色差透镜的单像素光谱成像系统在近红外光谱成像中重构图像效果优于无消色差透镜的计算关联光谱成像。     

椭偏光学显微成像系统中的图像采集及处理技术

椭偏光学显微成像是近几年发展起来的一种超薄膜及表面结构显示技术,它不仅为分子生物学、生物医学(尤其是分子生物医学)及分子生物材料学等领域提供了一种新的研究手段,而且在临床疾病诊断、微电子器件及纳米材料检测等方面具有潜在的应用前景.本文针对椭偏光学显微成像系统及其成像(简称“椭偏成像”)特点,提出了扩展图像量化等级法、快速采样—时间积分法和多采样点平均法以改善椭偏成像质量和样品表面定量分析的可靠性,并给出理论分析及实验结果.这些图像采集和图像处理技术在椭偏光学显微成像系统中行之有效,同时也适用于类似的图像处理系统.     

光场图像重构算法仿真

根据光场成像原理,对非聚焦型光场相机和聚焦型光场相机的成像原理和采样模式进行了分析,对比了两种光场成像系统的成像特点。针对不同类型光场相机的信息采样特点,推导了非聚焦型光场相机空域平移叠加重聚焦算法及聚焦型光场相机基础图像重构算法,并在MATLAB中对两种图像重聚焦算法进行了仿真验证,实验证明两种算法都可以有效获得任一景深清晰的像,可为光场成像技术的应用提供借鉴。     

基于低秩矩阵分解的光场稀疏采样及重构

光场成像技术中光场的采集和数据的压缩处理是亟待解决的问题。为了实现光场的稀疏采样和恢复,建立了基于光场低秩结构的压缩采样相机系统,研究了光场矩阵的结构特征及压缩采样下光场图像的重构问题。根据静态光场各视点图像之间的内容相似性,将这些图像向量化并按列组合成一个二维矩阵,该矩阵呈现出低秩或近似低秩的状态。对光场图像矩阵进行低秩分解,结果表明偏离低秩的部分呈现出很强的稀疏性性质,低秩和稀疏各自表征不同的数据冗余度。然后,对基于掩膜的相机采样系统进行随机Noiselets变换测量,鉴于重构过程是一个低秩稀疏相关性约束下的优化求解问题,采用贪婪迭代求解分别重构出光场矩阵的低秩部分和稀疏部分。仿真结果表明,重构图像的PSNR维持在25dB以上,且保留了光场视点间的视差信息,能够满足稀疏采样中对光场图像的要求。     

双臂对称性对压缩传感用于关联成像重构的影响

根据压缩传感理论和关联成像模型,将压缩传感理论应用于关联成像中,实现了传统的双臂关联成像的压缩传感重构。通过仿真实验验证了压缩传感用于关联成像的可行性,以峰值信噪比（PSNR）为衡量指标,分别对压缩传感和传统关联算法的重构图像质量进行了量化。仿真实验表明,压缩传感和关联算法的重构效果均随测量次数的增加而变优,在相同的测量次数下,压缩传感在关联成像中的重构图像的PSNR比传统的关联重构图像高20 dB以上。将压缩传感用于实际双臂关联成像的实验结果表明,压缩传感可以实现双臂关联成像装置的图像重构,但其重构质量很难优于传统关联算法的重构。针对这一实际实验与仿真实验似乎相矛盾的特殊现象,从双臂对称性的角度进行了合理解释,并利用实验中实际的散斑场对该现象进行了验证,最后提出了解决方案。     

自适应Radon单像素成像

使用单像素探测器实现成像需要大量采样。对于目标区域仅占场景一部分的情况时,我们提出了自适应Radon单像素成像方法,能够使用单像素探测器实现目标区域的定位和成像。本文对该方法的目标定位方式、编码采样算法、重建算法等进行研究,以减少单像素成像的采样数量。基于Radon变换的基本原理,使用图像在水平和垂直方向的投影信息,以获取场景中目标区域的大小和位置。建立自适应Radon-Hadamard单像素成像模型,仅对目标区域进行单像素采样,然后使用滤波反投影技术重建目标区域。研究结果表明:所提出的自适应Radon单像素成像方法能够实现对场景中目标区域的成像,采样数量远低于重建图像的分辨率,重建图像的结构相似性系数大于95%,有效的提高了单像素成像方法的成像效率。     

强吸收弱散射介质下的鬼成像实验研究

为了提高复杂环境下的成像质量,通过鬼成像的方法,设计出相应的实验架构。为了更直观地描述成像质量,引入参数峰值信噪比(PNSR)来具体衡量成像质量。实验结果表明,散射噪声对鬼成像没有影响,同时,在散射不变而吸收性不断增强的情况下,鬼成像相比于传统成像,成像质量更加稳定,抗干扰能力更强。     

改进的ViBe算法及其在交通视频处理中的应用

基于ViBe算法的运动目标检测具有很高的处理效率,但在复杂背景下也存在缺陷,比如不能有效抑制运动目标的残影和鬼影区域、易受噪音干扰,在交通视频的处理中更为明显。鉴于ViBe算法的这些不足,本文对ViBe原算法提出了改进,结合像素生命长度对鬼影或残影像素进行判断,利用二次更新策略提高消除速度。根据像素值变化引入最大类间方差法,将原有的固定像素阈值变为动态阈值,以提高交通视频中车辆目标检测的抗干扰能力。实验结果表明,在3组不同交通场景视频中,改进算法能够在较少帧数内消除目标的残影或者鬼影。对结果的量化分析也证明了改进算法由于应用了动态阈值,使目标检测的精准度和整体性都有所提高。     

Buried Target Imaging: A Comparative Study

A wide variety of qualitative methods have been proposed for microwave imaging. It is difficult to select only one of these methods based on a priori information and measurement equipment to achieve a reliable reconstruction. Various arrangements for antennas to be used in, for instance, have been proposed which have direct impacts on the complexity of inverse methods as well as the quality of output images. In this study, four qualitative methods of the linear sampling method (LSM), time reversal (TR), diffraction tomography (DT), and back-projection (BP) have been reviewed in a 2D scenario; the performance of the methods is compared within the same framework of a multi-static configuration. The goal is to compare their resolutions and determine their advantages and drawbacks. It is shown that LSM provides the best azimuth resolution but the worst range resolution. It is almost invariant to dielectric contrast and is appropriate for a wide range of dielectric contrasts and relatively large objects. It is also shown that at relatively low dielectric contrasts, TR images are most similar to the true object, show fewer artifacts, and offer high immunity to noise. While suffering from more artifacts due to the presence of some ghost images, DT offers the best range resolution. The results also show that BP has the worst azimuth resolution when reconstructing deeply-buried targets, although its implementation is straightforward and not computationally complex.     

基于级联相位检索与关联成像的多图像加密研究

光学信息处理技术本身具有高速度、并行性、信息容量大的特点。同时,光波又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性,是多维信息的载体。因此,光学加密在信息安全传输领域意义重大。现有的图像加密方法存在效率低、安全性差、加密容量小等问题。为了实现多图像二次加密传输,提出了一种基于级联相位迭代与计算关联成像的多图像加密算法。该方法可以同时对多幅图像进行高效加密,计算简单,安全可靠,传输数据少。利用相关系数指标评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性。     

电力系统信号与数据的压缩传感技术综述

随着智能电网建设及电力系统自动化、智能化水平的不断提高,电力系统信号分析与数据处理方法在电力系统中的重要作用进一步凸显。压缩传感(CS)是一种基于信号的稀疏特性,将利用奈奎斯特采样定理的信号采样过程转化为基于优化计算恢复信号的观测过程的新兴信号处理方式,并广泛应用于信号/图像处理、医疗成像与无线通信等领域。基于压缩传感的电力系统信号分析与数据处理方法具有采样速率低、高压缩比,以及便于提取信号特征等优点,因而,在电力系统中具有广泛的应用前景。描述了压缩传感理论框架,并对该理论在电力系统信号分析与数据处理中的应用进行详细综述,其中主要围绕电能质量分析、故障分析、电力系统模态识别、电力系统预测、数据传输,以及智能电网等方面进行评述,并结合压缩传感在电力系统信号分析与数据处理领域的发展状况,对其发展前景进行展望。     

基于压缩感知的非均匀脉冲SAR欺骗性干扰抑制方法

针对SAR欺骗式干扰的特点和传统干扰抑制后SAR成像质量恶化以及传统干扰抑制方法存在着冗余度高、有效信息提取率低等问题,本文提出了将两种新的稀疏采样方式-互质采样与嵌套式稀疏采样同压缩感知算法相结合,用来抑制欺骗式干扰并实现目标高分辨重建的方法。通过仿真实验,对比了本文提出的新重构算法与传统非均匀采样重构算法,证明了在采样率远低于Nyquist速率的条件下,基于压缩感知的稀疏非均匀SAR采样与成像方法不但可以抑制欺骗式干扰,而且能够在避免信号冗余的情况下实现目标的高分辨成像。     

折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。