全Stokes单光子压缩偏振成像技术研究
发布时间：2021-05-31 22:02
偏振成像技术相较于传统的强度成像技术,在获取目标强度信息的同时还能获取目标的偏振信息,这对在复杂场景下对目标物体实现探测与区分具有重大意义。然而偏振成像在远距离成像与极弱光成像领域的进展始终不尽人意,如何提升偏振成像的探测灵敏度成为了一个亟待解决的问题。单像素成像技术的出现,为问题的解决提供了思路。单像素成像技术具有超高灵敏度、低维度的优势,为实现高灵敏度的偏振成像提供了重要的理论依据。基于此背景,本文将偏振成像技术与单像素成像技术相结合,采用光子计数技术对光强进行探测,全文围绕全Stokes单光子压缩偏振成像技术展开研究,主要研究内容及成果如下:（1）本文结合分时型偏振成像装置与单像素成像系统,并采用光子计数模式下的光电倍增管（Photomultiplier Tube,PMT）探测器,搭建了全Stokes单光子压缩偏振成像系统。并自主设计了基于可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的控制与同步计数电路,克服了传统光子计数成像中难以实现在信号检测过程中的信号同步的问题。最后通过实验对系统进行验证,实验结果表明,该系统能够实现不同偏振方向的压...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２单像素照相机成像方案［２８］??２００９年，清华大学马坚伟教授提出将单像素相机应用于航天遥感通过计算??
?第１章绪论???单像素探测器??＇?＞＼?ａ／ｄ?｜—？ｉ?麵職??ＷＶ??＼?／?ｆｆｌ逑图像??＼?ｍ?ＭＭｌ—＝＝￡ｚ＾Ｔ??ＤＭ＿??本本?／＂ｉ?▲?▲?ｉｆＶ??ｔ－＾＾１?１ＩＴＭ?Ｔｌｎｒ＾??图１．２单像素照相机成像方案［２８］??２００９年，清华大学马坚伟教授提出将单像素相机应用于航天遥感通过计算??机模拟，仅仅在测量次数与像素总数的比值为２５％时就能得到符合要求的重建??图像［２９］。２０１２年Ｈｏｗｅｌｌ等通过采用脉冲激光器、单光子计数探测器，提出了一??种压缩溁度成像方案，成功实现了对目标的深度成像［３Ｃ］。２０１５年，暨南大学的??钟金刚团队基于单像素成像系统，使用空间光调制器向目标投影多组不同空间??频率的正弦条纹，再通过四步相移法获取目标图像的傅里叶频谱，然后通过傅里??叶反变换成功实现了图像的重构［３１］，实验系统图如图１。３所示：??＾?Ｓｃｅｎｅ?Ｉ?＼?０?＾ｅｎｅ??Ｐｈ—ｓ，?／?／?丨?Ｖ?＇?ｏ?－１??Ａ４?ｗｈｉｔｅ?ｐａｐｅｒ?Ｐｒｏｆｏｃｌｏｒ！?ｇ?３?ｉｂ｜｜??Ｄｅ１ｅｃｔ＜ｙｒ１?｜?Ｒ??Ｇｒｏｕｎｄ?ｇｌａｓｓ?■＾?｜?＾?＼?…＾?ｌ＾ｍ＾ｎ??Ｉ?！?！?：?ｐａ！！ｅｍｓ??Ｄｅｔｅｃｔｓ?２?１?ｕｒａｔｓ?？?Ｎ．??Ｃｏｍｐｕｔ＆ｒ??图１．３获取傅里叶频谱的单像素成像系统Ｐｉ］??２０１６年，钟金刚课题组再次通过将四步相移成像法和三维结构光成像理论??４??
?第２章偏振成像理论与压缩感知理论???第２章偏振成像理论和压缩感知理论??本文所提出的全Ｓｔｏｋｅｓ单光子压缩偏振成像技术的成像原理是基于偏振成??像理论和压缩感知理论形成的。在本章中，主要阐述偏振成像理论以及压缩感知??理论的基本原理。??２．１光的偏振??２．１．１光的偏振特性??根据麦克斯韦理论可知，光波是一种横电磁波，它由电场分量五与磁场分??量５两个分量构成，而电场分量五通常又被称作光矢量，并且光场矢量的振动??方向与光波的传播方向相互垂直。在垂直光波传播方向的平面内，由于光振动方??向与光波的传播方向不对称，则将这种不对称性称为光波的偏振特性［３９］。光波的??传播如图２．１所示??图２．１光波传播示意图??假定一束光沿ｚ轴传播，其电场矢量￡垂直于平面，磁感应强度矢量５??垂直于平面，则光波的电场矢量为：??Ｅ＾Ｅ０ｃｏｓ（ｃｏｔ－ｋｚ＋Ｓ０）?（２．１）??其中￡表示光矢量的瞬时值，为光矢量的幅值，Ａ为光波的初始相位。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]全Stokes偏振关联成像技术研究[J]. 张家民,时东锋,黄见,王英俭. 红外与激光工程. 2018(06)
[2]基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用[J]. 冯维,张福民,王惟婧,曲兴华. 物理学报. 2017(23)
[3]基于压缩感知的偏振光成像技术研究[J]. 王朋,荣志斌,何俊华,吕沛. 红外与激光工程. 2016(02)
[4]大气湍流对空间目标偏振成像探测的影响[J]. 王国聪,王建立,张振铎,于树海,曾蔚. 光子学报. 2016(04)
[5]基于偏振成像的红外图像增强[J]. 周强,赵巨峰,冯华君,徐之海,李奇,陈跃庭. 红外与激光工程. 2014(01)
[6]基于K-SVD字典学习的核磁共振图像重建方法[J]. 刘平,刘晓曼,朱永贵. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2013(04)
[7]单光子探测器件的发展与应用[J]. 张雪皎,万钧力. 激光杂志. 2007(05)
博士论文
[1]基于DMD的编码孔径成像光谱仪关键技术研究[D]. 张昊.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]分孔径同时偏振成像光学系统的研究[D]. 贺虎成.苏州大学 2014
硕士论文
[1]大面积单光子压缩成像系统研究[D]. 王慧.南昌大学 2019
[2]单目偏振三维成像技术研究[D]. 黄盛志.西安电子科技大学 2019
[3]基于压缩感知的单像素计算成像[D]. 张田田.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于偏振成像的图像融合技术研究[D]. 乔娟.长春理工大学 2017
[5]基于可见光偏振成像的目标探测技术研究[D]. 刘征.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[6]基于稀疏表示的图像融合算法研究[D]. 芮嘉骏.电子科技大学 2016
[7]像素级图像融合方法研究及其性能分析[D]. 孟芳兵.武汉理工大学 2007
本文编号：3209044
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２单像素照相机成像方案［２８］??２００９年，清华大学马坚伟教授提出将单像素相机应用于航天遥感通过计算??
?第１章绪论???单像素探测器??＇?＞＼?ａ／ｄ?｜—？ｉ?麵職??ＷＶ??＼?／?ｆｆｌ逑图像??＼?ｍ?ＭＭｌ—＝＝￡ｚ＾Ｔ??ＤＭ＿??本本?／＂ｉ?▲?▲?ｉｆＶ??ｔ－＾＾１?１ＩＴＭ?Ｔｌｎｒ＾??图１．２单像素照相机成像方案［２８］??２００９年，清华大学马坚伟教授提出将单像素相机应用于航天遥感通过计算??机模拟，仅仅在测量次数与像素总数的比值为２５％时就能得到符合要求的重建??图像［２９］。２０１２年Ｈｏｗｅｌｌ等通过采用脉冲激光器、单光子计数探测器，提出了一??种压缩溁度成像方案，成功实现了对目标的深度成像［３Ｃ］。２０１５年，暨南大学的??钟金刚团队基于单像素成像系统，使用空间光调制器向目标投影多组不同空间??频率的正弦条纹，再通过四步相移法获取目标图像的傅里叶频谱，然后通过傅里??叶反变换成功实现了图像的重构［３１］，实验系统图如图１。３所示：??＾?Ｓｃｅｎｅ?Ｉ?＼?０?＾ｅｎｅ??Ｐｈ—ｓ，?／?／?丨?Ｖ?＇?ｏ?－１??Ａ４?ｗｈｉｔｅ?ｐａｐｅｒ?Ｐｒｏｆｏｃｌｏｒ！?ｇ?３?ｉｂ｜｜??Ｄｅ１ｅｃｔ＜ｙｒ１?｜?Ｒ??Ｇｒｏｕｎｄ?ｇｌａｓｓ?■＾?｜?＾?＼?…＾?ｌ＾ｍ＾ｎ??Ｉ?！?！?：?ｐａ！！ｅｍｓ??Ｄｅｔｅｃｔｓ?２?１?ｕｒａｔｓ?？?Ｎ．??Ｃｏｍｐｕｔ＆ｒ??图１．３获取傅里叶频谱的单像素成像系统Ｐｉ］??２０１６年，钟金刚课题组再次通过将四步相移成像法和三维结构光成像理论??４??
?第２章偏振成像理论与压缩感知理论???第２章偏振成像理论和压缩感知理论??本文所提出的全Ｓｔｏｋｅｓ单光子压缩偏振成像技术的成像原理是基于偏振成??像理论和压缩感知理论形成的。在本章中，主要阐述偏振成像理论以及压缩感知??理论的基本原理。??２．１光的偏振??２．１．１光的偏振特性??根据麦克斯韦理论可知，光波是一种横电磁波，它由电场分量五与磁场分??量５两个分量构成，而电场分量五通常又被称作光矢量，并且光场矢量的振动??方向与光波的传播方向相互垂直。在垂直光波传播方向的平面内，由于光振动方??向与光波的传播方向不对称，则将这种不对称性称为光波的偏振特性［３９］。光波的??传播如图２．１所示??图２．１光波传播示意图??假定一束光沿ｚ轴传播，其电场矢量￡垂直于平面，磁感应强度矢量５??垂直于平面，则光波的电场矢量为：??Ｅ＾Ｅ０ｃｏｓ（ｃｏｔ－ｋｚ＋Ｓ０）?（２．１）??其中￡表示光矢量的瞬时值，为光矢量的幅值，Ａ为光波的初始相位。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]全Stokes偏振关联成像技术研究[J]. 张家民,时东锋,黄见,王英俭. 红外与激光工程. 2018(06)
[2]基于数字微镜器件的自适应高动态范围成像方法及应用[J]. 冯维,张福民,王惟婧,曲兴华. 物理学报. 2017(23)
[3]基于压缩感知的偏振光成像技术研究[J]. 王朋,荣志斌,何俊华,吕沛. 红外与激光工程. 2016(02)
[4]大气湍流对空间目标偏振成像探测的影响[J]. 王国聪,王建立,张振铎,于树海,曾蔚. 光子学报. 2016(04)
[5]基于偏振成像的红外图像增强[J]. 周强,赵巨峰,冯华君,徐之海,李奇,陈跃庭. 红外与激光工程. 2014(01)
[6]基于K-SVD字典学习的核磁共振图像重建方法[J]. 刘平,刘晓曼,朱永贵. 中国传媒大学学报(自然科学版). 2013(04)
[7]单光子探测器件的发展与应用[J]. 张雪皎,万钧力. 激光杂志. 2007(05)
博士论文
[1]基于DMD的编码孔径成像光谱仪关键技术研究[D]. 张昊.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[2]分孔径同时偏振成像光学系统的研究[D]. 贺虎成.苏州大学 2014
硕士论文
[1]大面积单光子压缩成像系统研究[D]. 王慧.南昌大学 2019
[2]单目偏振三维成像技术研究[D]. 黄盛志.西安电子科技大学 2019
[3]基于压缩感知的单像素计算成像[D]. 张田田.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于偏振成像的图像融合技术研究[D]. 乔娟.长春理工大学 2017
[5]基于可见光偏振成像的目标探测技术研究[D]. 刘征.中国科学院研究生院(光电技术研究所) 2016
[6]基于稀疏表示的图像融合算法研究[D]. 芮嘉骏.电子科技大学 2016
[7]像素级图像融合方法研究及其性能分析[D]. 孟芳兵.武汉理工大学 2007
本文编号：3209044
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3209044.html
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