单编码衍射图案的相位恢复算法研究

发布时间：2020-10-17 05:06

　　 编码衍射成像系统中的测量值是幅值数据,丢失了含有大量信息的相位部分,从幅值数据中恢复原始信号就是相位恢复问题。在经典相位恢复算法中,必须用到多个编码衍射图案才能精确重构原始信号,但是在实际实验中多次重复测量编码衍射图案不易实现,如何仅用单个编码衍射图案精确重构原始信号的研究很有必要。该文对单个编码衍射图案的相位恢复方案进行研究,具体工作内容如下:首先,在基于幅度正则化近似消息传递算法(Approximate Message Passing for Amplitude Based Optimization,AMP.A)基础上,推导出适合编码衍射成像系统的相位恢复模型,并在该模型中引入去噪算子,提出适用单个编码衍射图案的基于去噪算子与AMP.A的相位恢复算法。该算法用去噪算子代替消息传递中的修正参数,以更精确的修正图像。实验表明,该算法能在高斯噪声污染的单个编码衍射图案条件下重构出高质量的图像。其次,针对凸优化相位恢复模型中需要给定初始估计并且不能在单编码衍射图案条件下有效重构图像的问题,该文将基于双树复数小波变换正则化融入到凸优化相位恢复模型中,提出基于凸优化与双树复数小波变换的相位恢复算法。该算法在凸优化过程中利用正则化算法对图像信号进行初始估计,可继承凸优化算法的精确性和正则化算法在解决单个编码衍射图案问题时的有效性。实验表明,该算法可由单个编码衍射图案快速且较为精确地重构出原始图像,并有较强的鲁棒性。最后,将图像自相似性引入相位恢复模型中,利用非局部贝叶斯估计建立图像自相似性约束,提出基于非局部贝叶斯与图像自相似性的相位恢复算法。进而利用图像去噪算子在解决图像反问题时可重建得到图像丢失信息的特性,提出基于非局部贝叶斯和去噪算子的相位恢复算法。实验表明,在单个编码衍射图案条件下,基于非局部贝叶斯估计与图像自相似性的相位恢复算法能重构得到高质量的图像,基于非局部贝叶斯和去噪算子的相位恢复算法以牺牲少量图像细节为代价极大地提高重构图像的视觉效果。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN919.81
【部分图文】：

因此相位信息在图像处理中十分重要。如图1-1 所示，对灰度图像 Boat 和 Campus 图像分别进行傅里叶变换，保持各自的幅值信息不变，交换它们的相位信息，可以看出 Boat 幅值和 Campus 相位结合后经过傅里叶逆变换得出的图像与 Campus 更接近，Campus 幅值和 Boat 相位结合后经过傅里叶逆变换得出的图像与 Boat 更接近，由此可直观地看出图像相位信息是图像信息的主要组成部分。FFT IFFT幅值相位相位FFT IFFT幅值图 1-1 傅里叶变换后两图像的相位信息交换在实际测量装置中，图像的相位信息并不容易获取，只能获得图像的幅值信息，从相位缺失信息中恢复图像的问题称之为相位恢复问题(Phase Retrieval, PR)。相位恢- 1 -

燕山大学工程硕士学位论文第 2 章 编码衍射成像系统的相位恢复理论1 编码衍射成像系统在最初的图像相位恢复算法中，为了精确重构出原始图像，会给图像加上支。但是实际应用不易操作，且会增加时间复杂度。编码衍射成像系统在傅里叶板上加上代替传统支撑域的一个或多个随机掩膜，获得与随机掩膜个数相同的衍射图案(CDP)，通过测量得到的 CDP 可有效地重构图像。编码衍射成像系统是信号在衍射之前进行调制，且装置简单易实现，如图示，光源发出的光先经过物体得到物体的结构信息，再经过随机掩膜后，照射测板上，得到衍射图案。

第 3 章 基于去噪算子与 AMP.A 的相位恢复3.4 实验结果及分析为验证本章算法的有效性，选取 6 张图像处理中的经典图像作为测试图像，其中包含如图 3-1 所示的 3 幅像素为 512×512 的图像 Lena、Boat、Barbara，如图 3-所示的 3 幅像素为 256×256 的图像 Cameraman、Peppers、House。本 章算法 DAMP.A 在单个八 元 CDP 掩膜的编 码衍射 成 像系统下与BM3D-prGAMP 对比，其中 BM3D-prGAMP 算法在作者提供的代码上改进，使之能适应编码衍射成像系统下的相位恢复。本章的 BM3D 去噪算子均使用 Fast-BM3D，随机初始值和随机掩膜均保持一致，选取PSNR和SSIM来衡量算法的图像重构精度
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本文编号：2844320