单像素成像系统的场景监视算法

利用单像素成像系统进行场景监视,对变化场景进行相同的信息调制,利用场景探测强度的差值作为测量值,采用压缩感知算法只需进行一次算法求解即可获取场景变化信息。使用数字仿真技术对提出的和传统方法进行场景变化信息反演获取对比实验。在简单的二值场景变化信息获取实验中,提出的方法在采样率为1%的情况下就可以获取准确的场景变化信息;对8 bit灰度场景变化信息进行获取时,由于信息量变大,为了获取较高质量的场景变化信息需要的采样数增加,但在相同采样数下,提出的算法可以获得比传统方法更准确的结果.实验结果表明采用提出的方法可以在低采样率的情况下获取准确场景变化信息,并降低了获取场景变化信息计算复杂度,对单像素成像系统应用于场景监控具有参考价值.     

散斑密度对单像素计算成像系统的影响分析

散斑统计特性对单像素成像系统的影响已有了大量的研究,但散斑密度对该系统的影响还没有研究。本文采用计算机仿真分别对1bit和8bits的场景图像进行了研究,结果表明随着采样数的增加,图像复原质量会变好。在1bit场景图像的情况下,图像质量随着散斑密度的增加会先变好后变差,即散斑密度处于中间值时获取的图像质量最好;但对于8bits场景的图像,在采样数较小时图像质量随着散斑密度的增加会先变好后变差,然而当采样数变大时,图像质量随着散斑密度的增加,图像质量会先变差后变好。虽然采用越多的采样数可以获得越高质量的图像,但是采样数的增加会降低单像素成像系统的效率。散斑密度的研究为减弱这一缺点提供了很好地参考,具有一定的实际应用价值。     

紧凑双光路单像素成像系统（特邀）

不同于使用阵列探测器的常规数码相机,单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高,单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势,在遥感探测、显微成像、军事侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统,该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积,使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式,并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试,为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。     

单像素成像理论与方法（特邀）

单像素成像技术是一种可通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标图像信息的新型成像技术,与传统“所见即所得”的光学成像技术相比具有高灵敏、抗干扰和高分辨等一系列优点,在遥感探测、国防军事和生物医学等领域有着广阔的应用前景。近年来,随着计算能力的提升和光电器件的发展,单像素成像受到越来越多学者们的关注。简要回顾了单像素成像的发展历程,详细介绍了单像素成像的基本原理、调制矩阵设计、图像恢复算法等方面的研究进展,并对其应用场景和未来发展趋势进行了总结和展望。     

一种改进的激光距离选通成像系统

距离选通技术是克服激光后向散射,提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法。阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出了传统的距离选通同步控制方案的缺点,提出了一种改进的激光距离选通成像系统,讨论了激光距离选通成像系统今后需要重点研究的课题和发展趋势。     

生物组织单像素成像重构的散射干扰抑制

针对单像素成像重构中的散射介质影响而导致重构图像无法达到最佳效果的问题,研究了有无散射介质的情况下,关联算法和压缩感知算法的图像重构适用性。分析了散射介质在成像光路造成的调制信息空间结构变化和在探测光路造成的信号损耗对成像的影响,建立了近红外单像素成像系统,使用CGI算法和TVAL3算法实现了穿透生物组织散射介质的单像素成像实验。实验发现,在无散射介质时,TVAL3算法的重构时间、峰值信噪比和相似度等均优于CGI算法;而在有散射介质时,CGI算法的三项数值中有两项优于TVAL3算法,其最大重构时间（0.304091 s）小于TVAL3算法最小时间（1.766299 s）,其最小峰值信噪比（9.9831 dB）高于TVAL3算法的最大值（9.170456 dB）,其相似度（0.0982、0.1178）则位于TVAL3算法的范围内（0.099258~0.497622）。结果表明,基于关联成像理论的CGI算法较适合散射介质成像,基于压缩感知理论的TVAL3算法更适合无散射介质成像。     

水下激光成像系统设计及实验

针对水下目标探测这一难题,设计了基于距离选通技术的水下激光成像系统并进行了相关实验.从实验结果来看,该系统可有效克服激光后向散射并对水下目标进行成像,对于水下目标探测、识别十分有效.     

基于距离选通的水下偏振光成像系统的研究

光在水下传输受到吸收和散射的影响,限制了水下成像的成像距离和成像清晰度。为能抑制后向散射光的干扰,结合距离选通技术和偏振成像技术的各自的特点,提出了基于距离选通的偏振成像方式。基于距离选通的偏振成像一方面利用同步控制装置,时间上分离目标反射光,另一方面通过水体散射光和物体散射光解偏振度的差异来实现成像。本文分析了基于距离选通的偏振成像原理,具体给出了实验装置和实验过程。通过实验分析,得出基于距离选通的偏振成像技术运用于水下成像的可行性,且能大大提高图像的对比度,使其成像质量优于距离选通方式。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

激光距离选通成像关键技术

距离选通技术是克服激光后向散射、提高激光距离选通成像系统信噪比的有效方法.阐述了激光距离选通成像原理,详细分析了距离选通关键技术,指出传统的距离选通同步控制系统的缺点,并提出一种改进的距离选通同步控制方案.     

基于图像块细粒度的自适应单像素成像算法

设计了一种基于图 像块细粒度的自适应单像素成像算法。首先获取目标的低分辨图像,将其分为四等块,根据 每块中 重要小波系数的个数与分布,将其分为非重要、重要和半重要三类。非重要块不采样;重要 块全采样;半 重要块进行迭代分块、分类,部分采样。利用小波反变换重建高分辨图并重复上述步骤,直 到重建图像达 到目标分辨率。实验结果表明,对于背景平滑的医学生物图像,本文方法能够在相同采样率 下至少提高重建图像PSNR约2dB。     

激光水下距离选通成像门控实验研究

激光水下距离选通成像系统要想获得有效的目标图像,必须精确地给出合适的触发信号和控制接收器ICCD的门控延迟时间和选通门宽等门控参数。针对这一关键问题,设计了不存在成像距离盲区的激光器电源提供源触发信号的外触发方式,并应用二分查找的方法确定成像系统的门控参数,利用实验确定的门控参数,获得了5至23m水下不同深度的有效目标激光图像48张。获取的水下激光目标图像的信噪比可达10dB以上,可满足目标探测的实际应用要求。     

距离选通技术在运动目标激光主动成像中应用

激光主动成像系统已被广泛应用,但是大多系统都是针对静止目标,在实际应用中对运动目标成像时受到限制。文中首先阐述了针对静止目标的激光主动系统,然后分析了运动目标成像时与静止目标的不同,分析了相对运动和固定焦距的光学系统的离焦效应,构建了3种运动目标激光主动成像体制,最后,在对静止目标成像的基础上,采用红外热像仪在大视场内跟踪目标,测距机实时测量距离信息的方式,建立了基于距离选通的运动目标激光主动成像系统。实验获得了距离500 m,运动速度为5 m/s气球运动目标的图像,突破了合作目标及多点定位的限制,为进一步跟踪快速运动目标提供了借鉴,同时也对运动目标激光三维图像的获取与处理研究提供了基础。     

水下光学成像系统的研究现状和展望

本文阐述了水下光学成像系统的历史,研究进展以及现状.并参考国外实验室的先进技术,介绍了消除噪声和改进像质的方法和系统,以及在水下拍摄三维图像的技术.     

后向散射对激光水下成像的影响研究

为研究后向散射对水下成像的影响,采用辐射传输理论建立了激光水下成像后向散射理论模型,提出了表征后向散射对目标识别影响程度的水下成像后向散射影响系数,给出了距离选通成像后向散射功率及后向散射影响系数的解析表达式。利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像后向散射随探测水深及水衰减系数的变化规律,证明了考虑后向散射对成像质量的影响时,水衰减系数远大于探测水深的影响,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响。     

一种小型水下连续光成像系统设计

设计了一种小型水下连续光成像系统,主要用于小型水下载具或潜水员提高水下视觉能力。该系统以多片大功率LED为光源,以CCD为接收器。为改善图像质量,在分析连续光照明条件下水下图像特点的基础上,使用了一种基于模型法的图像处理算法,并在以DM642为核心的嵌入式图像处理平台上实现。系统进行了室内水池和外场实验,结果表明:针对黑白条纹靶板,系统的极限探测距离达到2.3倍衰减长度以上;图像处理算法能较好适应多种背景和系统结构变化,有效提高图像对比度、突出目标细节。     

水下近场探测与成像的光学调制技术研究

基于光学调制的水下探测与成像技术是目前最先进的水下光电探测技术之一。本文结合国外最新的理论研究成果、实验装置与实验结果对水下近场探测与成像的光学调制技术进行了进一步的探索。论证了光学调制技术作为水下探测方面的最新技术,其相对于众多成熟技术的优势与在该领域的发展潜力,并对水下环境特征、基于频域的水下探测技术以及应用于水下近场成像的时变强度调制技术进行了分析与讨论。     

基于面阵CCD-TDI模式编码感知的高分辨率遥感计算成像

针对推扫式遥感成像,基于压缩感知(CS)理论,提出一种利用低密度探测器获取高分辨率遥感图像的新方法。在推扫过程中,采用可编码的行间转移面阵电荷耦合器件(CCD)并使其工作于时间延迟积分(TDI)模式,在随机曝光控制电路的控制下实现对场景信息的编码感知;通过计算成像,从感知的数据中重构出高分辨率遥感图像。这种基于CCD-TDI模式编码感知的高分辨率遥感计算成像方法,可以增强成像分辨率和提高输出图像信噪比。仿真结果验证了本文方法的有效性。     

距离选通激光主动成像技术研究进展

阐述了距离选通原理，在此基础上详细地分析了距离选通关键技术，介绍了距离选通激光成像系统的最新研究进展，展望了距离选通激光主动成像技术的发展趋势。