鬼成像计算模型分析与实用化研究

发布时间：2020-07-14 05:38

【摘要】：鬼成像是一种非传统成像方式,其利用光场的二阶相干性将物体信息得到,一些鬼成像方案可以实现仅靠一无空间分辨能力的桶探测器恢复物体信息。相比于传统成像方式,鬼成像有着可抗湍流扰动干扰,可实现无透镜等优势,因此引起了研究学者的广泛关注,将鬼成像推向实际应用也是当今科研的热点内容。鬼成像需要通过计算重建物体的像,亦可从计算的角度对鬼成像进行分析理解,并提出改进鬼成像的方案,促进鬼成像的发展和实用化进程。本文主要内容是分析鬼成像成像算法,提出了鬼成像改进方案,并进行了鬼成像应用化方面的研究,主要包括以下几个方面:(1)分析了鬼成像中噪声的来源,提出一种迭代去除鬼成像噪声的新算法,在去噪的同时也考虑散斑尺寸对成像质量的影响,通过在迭代加入阈值的方式加入抑制散斑尺寸造成的不良影响。此方案无需对鬼成像光路进行调整,也不需要对物体的先验知识,具有较强的普适性。与目前的先进算法相比,此迭代算法可取得超过差分鬼成像成像质量的效果,有助于鬼成像向实用化发展。(2)从鬼成像的成像原理出发分析了鬼成像成像质量与采样数之间的关系,发现当相干长度不大于一个像素时,鬼成像信噪比随采样数上升;当相干长度大于一个像素时,信噪比会随采样数向一最大值渐近线接近。在光源相干长度相对较大时,大量采样已对图像质量的提升并不明显,因此在实际应用中,可适量控制采样数。(3)针对一种最近出现的新型鬼成像方案,对应成像,我们以相关系数为新的依据分离参与正像平均运算和负像平均运算的散斑图样,并说明在传统对应成像中,以桶探测器测量值的平均值为区分散斑图样依据可看作是以相关系数为区分依据在理想情况下的近似。我们给出了正负像的成像公式,并分析了其对比度和对比度噪声比,通过分析发现只需少于一半的散斑数量即可达到最好的图像质量。(4)展示了一种基于强度关联测量的超分辨实验,此方案分辨率仅受结构光光源分辨率限制,物体后透镜尺寸对系统分辨率无影响。与传统的鬼成像系统相比,此方案仅要求成像系统视场足够大,此项条件在应用中易于满足,多种算法可与此系统相结合恢复物体的像。另外,我们还通过实验显示了一种利用CS算法实现亚采样扫描的超分辨方案。仅通过扫描少于10%物体总像素数的像素点即可获得物体的超过光学系统衍射极限的超分辨像。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O431.2

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