单像素数码相机的研究

发布时间：2017-10-05 06:19

  本文关键词：单像素数码相机的研究

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【摘要】：2006年,Duarte M F、Davenport M A、Takhar D等人结合压缩传感理论与光学成像,成功地设计出了单像素数码相机。单像素数码相机严格地满足压缩传感理论,验证了压缩传感理论的正确性,也打破了现在现代相机单一性地向高像素发展的模式,实现了只用一个单光子探测器以及远小于原图像信息的数据就可以重构出高像质的图像的目的,使数码相机的发展不再受限于电子传感器的大小,开辟了数码相机发展的新方向。单像素数码相机因其许多独特的优点而备受关注,成为未来数码相机发展的趋势之一。针对单像素数码相机的深入研究,本文主要完成了以下几个方面的工作:(1)系统地介绍了单像素数码相机的理论基础——压缩传感理论,详细地介绍了压缩传感理论的三个主要内容:稀疏表示信号、测量矩阵和重构算法。(2)针对压缩传感理论的重构算法的不足之处提出了三个方面的改进,包括:1)根据图像特征判断进行贪婪算法重构图像时选择逐行还是选择逐列重构;2)提出自适应迭代次数的MP算法和OMP算法;3)结合距离与内积的匹配准则的贪婪追踪算法。通过用Matlab仿真,比较这三种改进后的重构算法与改进前的重构算法获得的像质的高低,从而说明三种改进后的重构算法有利于进一步的提高像质。(3)详细的介绍了单像素数码相机的理论,包括:1)经典的单像素数码相机的结构图、实验原理;2)单像素数码相机的核心器件——DMD;3)在不改变测量次数的前提下,提出了通过增加DMD的负12度的方向的光线收集,达到充分利用DMD全部像素以及提高重构质量的目的;4)介绍了DMD可以加载的测量矩阵——部分哈达玛矩阵、置乱二值分块对角矩阵、稀疏随机二值矩阵、托普利兹和循环测量矩阵,同时对具有很大发展潜力、很可能实现硬件化的置乱分块哈达玛稀疏矩阵进行了介绍;5)阐述了在重构算法中对测量矩阵和目标图像的重新排列的方法,显示了仿真的结果;6)列举了单像素数码相机的一系列优点,说明了研究单像素数码相机的意义;7)列举了单像素数码相机实验的要求和注意事项。(4)对单像素数码相机的实验进行了探究。介绍了单像素数码相机实验需要的实验仪器,介绍了实验平台,提出了两步法思想以方便调整实验光路,提出消除背景光的操作方法,成功的用两步法重构出的具有较高像质的图像,为单像素数码相机的进一步研发提供了有益的参考作用。(5)对单像素数码相机的进一步发展和投入实际应用提出了展望。
【关键词】：单像素数码相机 压缩传感 重构算法 数字显微阵列
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB852.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 单像素数码相机国内外的研究情况11-12
• 1.3 压缩传感理论12-14
• 1.4 压缩传感理论的应用14-15
• 1.5 本文研究的主要意义及内容15-17
• 2 压缩传感理论17-27
• 2.1 稀疏变换域17-20
• 2.2 测量矩阵20-22
• 2.3 重构算法22-25
• 2.4 本章小结25-27
• 3 压缩传感理论的改进27-38
• 3.1 根据图像特征合理选择逐行或者逐列重构的贪婪算法27-31
• 3.2 自适应迭代次数的MP和OMP算法31-33
• 3.3 结合距离与内积的匹配准则的贪婪追踪算法33-36
• 3.4 本章小结36-38
• 4 单像素数码相机的理论38-60
• 4.1 单像素数码相机的系统结构38
• 4.2 DMD介绍38-39
• 4.3 单像素数码相机的实验改进39-42
• 4.4 单像素数码相机的测量矩阵42-52
• 4.4.1 部分哈达玛矩阵42-44
• 4.4.2 置乱二值分块对角矩阵44-47
• 4.4.3 稀疏随机二值矩阵47-48
• 4.4.4 托普利兹和循环测量矩阵48-50
• 4.4.5 置乱分块哈达玛稀疏矩阵50-52
• 4.5 单像素数码相机恢复算法的重构方法52-53
• 4.6 单像素数码相机的优点53-57
• 4.6.1 压缩传感理论的优点53-56
• 4.6.2 单像素数码相机的系统优点56-57
• 4.7 单像素数码相机实验的要求和注意事项57-58
• 4.8 本章小结58-60
• 5 单像素数码相机实验60-69
• 5.1 实验仪器介绍60-61
• 5.2 单像素数码相机的实验平台61-62
• 5.3 两步法的实验思想62-65
• 5.4 重构图像结果65-67
• 5.5 实验结果分析67
• 5.6 本章小结67-69
• 6 结论与展望69-72
• 参考文献72-76
• 个人简历、硕士期间成果76-77
• 致谢77

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本文编号：975232