2.52太赫兹同轴数字全息三维信息获取算法仿真研究
发布时间：2020-12-27 08:31
太赫兹辐射能够穿透非金属和非极性材料,而且光子能量较低,在生物医学检测和空间遥感等方面具有广阔的应用前景。近年来,太赫兹成像技术一直向着成像质量和维数不断提高的方向发展,因此,本论文采用主观和客观评价相结合的方法,首先针对太赫兹同轴数字全息二维成像质量的影响因素进行相关研究;接着将维度扩展至三维,针对压缩感知太赫兹三维重建算法和基于Matlab的全息重建网络(MHRNet)进行研究。为研究太赫兹同轴数字全息二维成像质量的影响因素,分别在支撑板透过率为0.93时研究噪声的改变对重建像的影响;在支撑板所加均值为0、标准差为0.04的高斯噪声情况下研究支撑板透过率的改变对重建像的影响,并最终给出支撑板的最佳透过率随噪声的变化趋势。此外针对四种支持域确定方法,分别在支撑板有噪声和无噪声两种情况下针对其适用性进行仿真研究,最后得到了不同支持域确定方式的适用范围。为研究基于压缩感知的太赫兹三维重建方法的影响因素,针对连续型场景进行了一系列深入研究。首先仿真对比了连续型场景和分立型场景的重建像质量,证明了连续型场景各个层面之间是存在相互影响的。接着,针对连续型场景进行了相关参数的改变对重建效果的影响...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
THz脉冲全息（绿色）和THz相位恢复（蓝色）装置[20]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-1.2国内外在该方向的研究现状及分析目前，数字全息技术获取物体三维信息的主要方法包括：多波长数字全息成像、多距离数字全息成像、相移干涉法、迭代相位恢复法及压缩感知技术等。其中，多波长、多距离和相移法均需记录多幅全息图，实验操作困难；迭代法利用单幅全息图即可获得较好的重建结果，但其利用反正切函数计算物体的相位分布，导致相位包裹在[-π，π]；基于压缩感知的全息成像可以通过只记录一幅全息图来实现物体的三维重建，具有广阔的应用前景。1.2.1国外相关研究现状1.2.1.1二维相位恢复算法国外研究现状2012年，Petrov[18-20]等提出了运用多个THz波长和多个记录距离下的强度分布实现波前重构的恢复算法并给出了数值研究结果。图1-1为实验装置，此算法在物平面和多个像平面之间迭代以获得重建像，比较了菲涅尔衍射法和角谱法的重构效果，实验结果如图1-2所示，图1-3给出了该恢复算法的重建图像，可以看出在近场衍射中角谱法的适用性更强。该方法需要多次记录全息图且操作困难，对实验环境和设备的要求均很高，记录距离受限于光波波长。图1-1THz脉冲全息（绿色）和THz相位恢复（蓝色）装置[20]a)8.4mmb)12.4mmc)20.2mmd)34.9mme)76.8mm图1-2角谱法（上）和菲涅尔变换（下）在不同距离下的衍射图案[20]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-a)10.3mmb)10.9mmc)11.6mmd)12.4mme)13.2mmf)20.2mmg)22.6mmh)25.6mmi)29.5mmj)34.9mm图1-3相位恢复算法迭代100次的重建结果[20]2015年，Oshima等[21]对波长为532nm的激光提出了一种用于动态目标重建的混合算法。其根据随机移相法获取初始数据，避免了外围法即在目标周围放置一个已知的复振幅（称为外围）的方法易限于局部最优解的缺陷。图1-4为全息面相邻像素物光与参考光的关系，图1-5给出了Oshima论文方法和原始外围法的重建像，观察发现论文运用的方法重建效果更好，但该方法仅停留在仿真阶段。图1-4随机移相法中全息面上四个相邻像素物光与参考光的关系[21]a)振幅和相位场景b)Oshima论文方法c)原始方法图1-5重建效果对比[21]1.2.1.2压缩感知算法国外研究现状2009年，BradyDJ等[22]初次把压缩感知引入可见光同轴数字全息的三维重建。图1-6为相应的实验装置和重建结果，第一个样本放置在距离全息面1.5cm处，第二个样本放置在5.5cm处，压缩感知算法获得的重建效果较好。图1-6实验装置和压缩感知重建结果图[22]
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹光谱技术在生物医学检测中的定性与定量分析算法[J]. 彭滟,施辰君,朱亦鸣,庄松林. 中国激光. 2019(06)
[2]同轴数字全息中的相位恢复算法[J]. 戎路,王大勇,王云新,黄昊翀. 中国激光. 2014(02)
[3]最大类间方差法在图像处理中的应用[J]. 齐丽娜,张博,王战凯. 无线电工程. 2006(07)
本文编号：2941420
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
THz脉冲全息（绿色）和THz相位恢复（蓝色）装置[20]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-1.2国内外在该方向的研究现状及分析目前，数字全息技术获取物体三维信息的主要方法包括：多波长数字全息成像、多距离数字全息成像、相移干涉法、迭代相位恢复法及压缩感知技术等。其中，多波长、多距离和相移法均需记录多幅全息图，实验操作困难；迭代法利用单幅全息图即可获得较好的重建结果，但其利用反正切函数计算物体的相位分布，导致相位包裹在[-π，π]；基于压缩感知的全息成像可以通过只记录一幅全息图来实现物体的三维重建，具有广阔的应用前景。1.2.1国外相关研究现状1.2.1.1二维相位恢复算法国外研究现状2012年，Petrov[18-20]等提出了运用多个THz波长和多个记录距离下的强度分布实现波前重构的恢复算法并给出了数值研究结果。图1-1为实验装置，此算法在物平面和多个像平面之间迭代以获得重建像，比较了菲涅尔衍射法和角谱法的重构效果，实验结果如图1-2所示，图1-3给出了该恢复算法的重建图像，可以看出在近场衍射中角谱法的适用性更强。该方法需要多次记录全息图且操作困难，对实验环境和设备的要求均很高，记录距离受限于光波波长。图1-1THz脉冲全息（绿色）和THz相位恢复（蓝色）装置[20]a)8.4mmb)12.4mmc)20.2mmd)34.9mme)76.8mm图1-2角谱法（上）和菲涅尔变换（下）在不同距离下的衍射图案[20]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-a)10.3mmb)10.9mmc)11.6mmd)12.4mme)13.2mmf)20.2mmg)22.6mmh)25.6mmi)29.5mmj)34.9mm图1-3相位恢复算法迭代100次的重建结果[20]2015年，Oshima等[21]对波长为532nm的激光提出了一种用于动态目标重建的混合算法。其根据随机移相法获取初始数据，避免了外围法即在目标周围放置一个已知的复振幅（称为外围）的方法易限于局部最优解的缺陷。图1-4为全息面相邻像素物光与参考光的关系，图1-5给出了Oshima论文方法和原始外围法的重建像，观察发现论文运用的方法重建效果更好，但该方法仅停留在仿真阶段。图1-4随机移相法中全息面上四个相邻像素物光与参考光的关系[21]a)振幅和相位场景b)Oshima论文方法c)原始方法图1-5重建效果对比[21]1.2.1.2压缩感知算法国外研究现状2009年，BradyDJ等[22]初次把压缩感知引入可见光同轴数字全息的三维重建。图1-6为相应的实验装置和重建结果，第一个样本放置在距离全息面1.5cm处，第二个样本放置在5.5cm处，压缩感知算法获得的重建效果较好。图1-6实验装置和压缩感知重建结果图[22]
【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹光谱技术在生物医学检测中的定性与定量分析算法[J]. 彭滟,施辰君,朱亦鸣,庄松林. 中国激光. 2019(06)
[2]同轴数字全息中的相位恢复算法[J]. 戎路,王大勇,王云新,黄昊翀. 中国激光. 2014(02)
[3]最大类间方差法在图像处理中的应用[J]. 齐丽娜,张博,王战凯. 无线电工程. 2006(07)
本文编号：2941420
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