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单像素相机在散射介质成像中的应用研究

发布时间:2018-08-17 18:13
【摘要】:散射介质的存在严重影响成像质量,甚至完全无法成像,因此研究散射介质成像有非常重要的意义。单像素相机作为一种新型的成像系统,与传统的成像系统相比成本低、系统简单且应用范围广,而且单像素成像系统只需要探测到加载不同掩膜时光强的变化。本文利用单像素成像的特点,将单像素成像系统应用在散射介质成像中,通过理论分析和模拟验证了实验的可行性。最后搭建实验系统,成功的实现了散射介质成像。本文研究工作主要从以下几个方面展开:(1)数字微镜阵列是单像素成像中的核心器件,文章在介绍了数字微镜阵列的特点和各项参数以后,给出了它的加工过程以及工作原理,并且与同类器件进行了对比,阐述了该器件的优缺点。(2)介绍了单像素成像中比较有代表性的两种方法:压缩传感理论和四步相移理论。压缩传感理论作为单像素成像中的经典理论,论文从测量矩阵、传输矩阵以及重建算法三个方面对其进行了全面的介绍,并且列举出了适合数字微镜阵列应用的矩阵。同时还介绍了一种新型的四步相移理论,包括它的成像原理、特点和重建算法。(3)在理论分析基础上,通过模拟和实验证明了单像素成像的可行性,利用单像素成像系统只需要探测光强变化的特点,将其应用于散射介质成像中,成功的实现了单层散射介质成像。通过分析散射介质的散射特性,利用它的记忆效应结合四步相移理论设计了双层散射介质成像系统,该系统结构简单,不需要复杂的时间门等装置也能很好的区分出弹道光子和蛇形光子,有效的降低了实验成本,并且实验取得了良好的效果,证明了该系统在双层散射介质成像中的可行性。分析了实验中的噪声,给出了提高该系统成像质量的方法。
[Abstract]:The existence of scattering media seriously affects the imaging quality, even can not be imaged completely, so it is very important to study the imaging of scattering media. As a new type of imaging system, single pixel camera has the advantages of low cost, simple system and wide range of application compared with the traditional imaging system. Moreover, the single pixel imaging system only needs to detect the change of the time intensity of different mask loading. In this paper, the single pixel imaging system is applied to scattering medium imaging based on the characteristics of single pixel imaging. The feasibility of the experiment is verified by theoretical analysis and simulation. Finally, an experimental system is set up and the scattering medium imaging is successfully realized. The main work of this paper is as follows: (1) Digital micromirror array is the core device in single-pixel imaging. After introducing the characteristics and parameters of digital micromirror array, the machining process and working principle of digital micromirror array are given. Compared with the similar devices, the advantages and disadvantages of the device are expounded. (2) two typical methods in single-pixel imaging are introduced: compression sensing theory and four-step phase shift theory. Compression sensing theory is a classical theory in single-pixel imaging. This paper introduces the measurement matrix, transmission matrix and reconstruction algorithm, and enumerates the matrix suitable for the application of digital micromirror array. At the same time, a new four-step phase-shift theory is introduced, including its imaging principle, characteristics and reconstruction algorithm. (3) on the basis of theoretical analysis, the feasibility of single-pixel imaging is proved by simulation and experiment. The single-pixel imaging system only needs to detect the change of light intensity, and it is applied to the imaging of scattering medium, and the single-layer scattering medium imaging is successfully realized. By analyzing the scattering characteristics of scattering medium, a two-layer scattering medium imaging system is designed by using its memory effect and four-step phase shift theory. The system is simple in structure. Without complicated time gates and other devices, ballistic photons and snake photons can be distinguished very well, and the experimental cost is reduced effectively, and good results are obtained in the experiment, which proves the feasibility of the system in the imaging of double-layer scattering medium. The noise in the experiment is analyzed and the method to improve the imaging quality of the system is given.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB852.1;O436.2

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本文编号:2188479

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