基于多维Walsh变换的鬼成像重构研究
发布时间：2021-11-06 06:46
鬼成像作为近二十年兴起的新型光学成像技术,与传统光学成像原理完全不同,并具有其独特的成像优势,比如:可对位于苛刻或复杂的光学环境中的目标物体进行成像;突破经典瑞利衍射极限实现高分辨率成像等。传统的计算鬼成像方案中,通常采用随机图样作为照射光场,需要采样数为图像像素点数的几十倍才能取得良好的成像效果。最近研究发现:利用Hadamard等正交基图样代替随机图样可获得高质量的成像效果。其中可快速获得近完美成像效果的一维Hadamard变换鬼成像方案令人印象深刻。但该方案的劣势在于:欠采样时无法获得良好的成像效果。众所周知,二维Walsh变换与一维变换相比具有计算简单,能量集中性强的优势。但问题是二维Walsh变换用两次矩阵乘法表示不能与现有的一维变换思想的鬼成像系统契合。本文发现利用“最自然的”Walsh基图样作为照射矩阵获得桶探测值矩阵的一维采样过程与二维Walsh变换在数学上等价,再对桶探测值矩阵进行二维Walsh变换,原则上可获得完美的成像结果。数值模拟和实验结果表明,二维Walsh变换鬼成像能够使用较少的系数来重构清晰的图像;该方案的时间复杂度和最大存储空间呈幂指数下降,从而显著缩短...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双光子纠缠“鬼”成像实验原理图
第1章绪论3modulator)，在计算上控制照明图样特性，无需使用分束器和空间分辨检测器，仅使用一个桶探测器测量含有待测物体信息的总光强，该方案可实现真正意义上的单像素成像。大气湍流是基于卫星和飞机对地经典成像的一个严重问题。2011年RonaldE.Meyers[19]等通过实验证明了无湍流的鬼成像，这对于远距离成像等领域有着十分重要的价值。2013年，我国中科院姚旭日团队首次实现了利用太阳光作为光源的鬼成像实验。与以往实验室内的光源相比，来自外界的太阳光作为光源极大的提高了鬼成像的应用范围与价值[20]。我国中科院上海光学与精密机械研究所研究团队也于2013年取得了突出的研究成果：研制出世界上第一台激光三维强度关联成像相机[21]。2016年该小组实现了基于傅立叶变换的X光波段鬼成像[22]，该方法将X射线晶体学扩展到非晶样品，其空间分辨率仅受X射线波长的限制，因此得到常规的原子分辨率。该方法已经成为探索和分析复杂材料内部（如生物分子结构）的有力工具。图1.2世界上第一台激光三维强度关联成像相机鬼成像与其他领域的结合均取得了比传统方法更加优良的效果。Duan[23]等提出基于鬼成像的伪彩色编码鬼成像，该方法可实现在不改变光源和空间滤波器的情况下，得到不同颜色的图像，这对于传统的伪彩色编码成像技术是无法实现的。该方案对于不利于观察图像质量的生物切片、X射线胶片等黑白物体具有重要的研究价值。Clemente[24]等于2010年提出了如何使用鬼成像来加密和传送目标信息的方案。该方案的优势在于：传输速度快，信息容量高，但是其安全性能较低无
第2章传统鬼成像系统7第2章传统鬼成像系统鬼成像是近二十年兴起的一种新型的成像方法。鬼成像由最初的双光路成像方式演变为单光路成像：通过在计算中预置图样特性，并利用调制器对照射光场进行调制，然后只使用一个探测器获取光场强度。最终通过对桶探测值和照射光场的二阶关联运算恢复图像。最初通常选择高斯矩阵作为照射光场，但近年来研究发现：Hadamard矩阵作为测量矩阵可以获得更好的成像效果。除了照射光场的选择颇受关注之外，基于一维Hadamard变换的鬼成像方案也逐渐成熟。下面对以上几种传统的鬼成像方案做进一步详细地介绍和对比分析。2.1鬼成像技术2.1.1双光路鬼成像图2.1双光路鬼成像系统原理图图2.1为传统双光路鬼成像系统原理图。激光通过旋转毛玻璃产生赝热光源，通过使用分束镜（BeamSplitter）BS得到两路空间关联光束。其中一束光穿过目标物体后被一个没有任何空间分辨率的桶探测器探测到，称为信号光路。另一束
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fast reconstructed and high-quality ghost imaging with fast Walsh-Hadamard transform[J]. Le Wang,Shengmei Zhao. Photonics Research. 2016(06)
[2]基于计算鬼成像的双密钥光学加密方案[J]. 曹非,赵生妹. 光学学报. 2017(01)
[3]快速Walsh变换与多视角视频编码[J]. 于洋,崔新宇,桑爱军,陈绵书,陈贺新,李晓妮. 中国光学. 2016(02)
[4]基于局部Hadamard调制的迭代去噪鬼成像[J]. 张伟良,张闻文,何睿清,陈钱. 光学学报. 2016(04)
[5]基于Walsh-Hadamard变换的单像素遥感成像[J]. 李明飞,莫小范,赵连洁,霍娟,杨然,李凯,张安宁. 物理学报. 2016(06)
[6]High-resolution pseudo-inverse ghost imaging[J]. Wenlin Gong. Photonics Research. 2015(05)
[7]基于压缩感知的多特征实时跟踪[J]. 朱秋平,颜佳,张虎,范赐恩,邓德祥. 光学精密工程. 2013(02)
[8]Walsh矩阵的复制生成及其计算机图像[J]. 陈宁涛,王能超,施保昌. 软件学报. 2006(05)
硕士论文
[1]基于稀疏约束的鬼成像激光雷达[D]. 邹云浩.南京理工大学 2017
[2]基于快速Walsh变换的多视角视频编码的研究[D]. 于洋.吉林大学 2016
[3]基于多维矢量矩阵的快速Walsh变换算法的研究[D]. 郝丽.吉林大学 2011
本文编号：3479376
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双光子纠缠“鬼”成像实验原理图
第1章绪论3modulator)，在计算上控制照明图样特性，无需使用分束器和空间分辨检测器，仅使用一个桶探测器测量含有待测物体信息的总光强，该方案可实现真正意义上的单像素成像。大气湍流是基于卫星和飞机对地经典成像的一个严重问题。2011年RonaldE.Meyers[19]等通过实验证明了无湍流的鬼成像，这对于远距离成像等领域有着十分重要的价值。2013年，我国中科院姚旭日团队首次实现了利用太阳光作为光源的鬼成像实验。与以往实验室内的光源相比，来自外界的太阳光作为光源极大的提高了鬼成像的应用范围与价值[20]。我国中科院上海光学与精密机械研究所研究团队也于2013年取得了突出的研究成果：研制出世界上第一台激光三维强度关联成像相机[21]。2016年该小组实现了基于傅立叶变换的X光波段鬼成像[22]，该方法将X射线晶体学扩展到非晶样品，其空间分辨率仅受X射线波长的限制，因此得到常规的原子分辨率。该方法已经成为探索和分析复杂材料内部（如生物分子结构）的有力工具。图1.2世界上第一台激光三维强度关联成像相机鬼成像与其他领域的结合均取得了比传统方法更加优良的效果。Duan[23]等提出基于鬼成像的伪彩色编码鬼成像，该方法可实现在不改变光源和空间滤波器的情况下，得到不同颜色的图像，这对于传统的伪彩色编码成像技术是无法实现的。该方案对于不利于观察图像质量的生物切片、X射线胶片等黑白物体具有重要的研究价值。Clemente[24]等于2010年提出了如何使用鬼成像来加密和传送目标信息的方案。该方案的优势在于：传输速度快，信息容量高，但是其安全性能较低无
第2章传统鬼成像系统7第2章传统鬼成像系统鬼成像是近二十年兴起的一种新型的成像方法。鬼成像由最初的双光路成像方式演变为单光路成像：通过在计算中预置图样特性，并利用调制器对照射光场进行调制，然后只使用一个探测器获取光场强度。最终通过对桶探测值和照射光场的二阶关联运算恢复图像。最初通常选择高斯矩阵作为照射光场，但近年来研究发现：Hadamard矩阵作为测量矩阵可以获得更好的成像效果。除了照射光场的选择颇受关注之外，基于一维Hadamard变换的鬼成像方案也逐渐成熟。下面对以上几种传统的鬼成像方案做进一步详细地介绍和对比分析。2.1鬼成像技术2.1.1双光路鬼成像图2.1双光路鬼成像系统原理图图2.1为传统双光路鬼成像系统原理图。激光通过旋转毛玻璃产生赝热光源，通过使用分束镜（BeamSplitter）BS得到两路空间关联光束。其中一束光穿过目标物体后被一个没有任何空间分辨率的桶探测器探测到，称为信号光路。另一束
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fast reconstructed and high-quality ghost imaging with fast Walsh-Hadamard transform[J]. Le Wang,Shengmei Zhao. Photonics Research. 2016(06)
[2]基于计算鬼成像的双密钥光学加密方案[J]. 曹非,赵生妹. 光学学报. 2017(01)
[3]快速Walsh变换与多视角视频编码[J]. 于洋,崔新宇,桑爱军,陈绵书,陈贺新,李晓妮. 中国光学. 2016(02)
[4]基于局部Hadamard调制的迭代去噪鬼成像[J]. 张伟良,张闻文,何睿清,陈钱. 光学学报. 2016(04)
[5]基于Walsh-Hadamard变换的单像素遥感成像[J]. 李明飞,莫小范,赵连洁,霍娟,杨然,李凯,张安宁. 物理学报. 2016(06)
[6]High-resolution pseudo-inverse ghost imaging[J]. Wenlin Gong. Photonics Research. 2015(05)
[7]基于压缩感知的多特征实时跟踪[J]. 朱秋平,颜佳,张虎,范赐恩,邓德祥. 光学精密工程. 2013(02)
[8]Walsh矩阵的复制生成及其计算机图像[J]. 陈宁涛,王能超,施保昌. 软件学报. 2006(05)
硕士论文
[1]基于稀疏约束的鬼成像激光雷达[D]. 邹云浩.南京理工大学 2017
[2]基于快速Walsh变换的多视角视频编码的研究[D]. 于洋.吉林大学 2016
[3]基于多维矢量矩阵的快速Walsh变换算法的研究[D]. 郝丽.吉林大学 2011
本文编号：3479376
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