焦距对计算关联成像质量影响的实验研究

传统光学成像要求像面在成像透镜组的焦平面上,以此获得最大的光通量,因此焦距对成像质量影响较大。研究了焦距对计算关联成像成像质量的影响,搭建计算关联成像系统,利用桶探测器信号的强度涨落分析不同焦距下的关联成像结果,分析了背景光强对强度涨落的影响。结果表明:焦距和背景光强的变化对计算关联成像成像质量影响不大,解决了热光关联成像中两光臂不等形成的散焦造成成像质量下降的问题,并且该成像只用一个无空间分辨能力的探测器就能完成高分辨率成像,降低了对探测器分辨能力的要求,避免了光通量在维度上的分配,提高了信噪比,且无需成像透镜,该成像方式非常适合用于极弱背景下的成像探测。

基于Gold矩阵的计算关联成像研究

测量矩阵是决定计算关联成像图像重构质量和成像速度的重要因素之一。本文提出一种新的测量矩阵优化构造方法,利用伪随机序列生成Gold矩阵,该矩阵同时具有Random矩阵的随机性和Hadamard矩阵的确定性。数值模拟和实验结果表明:在满采样条件下,Gold矩阵和Hadamard矩阵均能够实现完美的重构图像;在欠采样条件下,Gold矩阵重构图像质量明显优于Random矩阵和Hadamard矩阵。

基于消色差透镜的单像素与计算关联光谱成像

光谱成像系统受色差影响会导致图谱混叠,本文将单像素成像以及计算关联成像分别与光谱成像系统相结合,并在系统中引入900~1700 nm适用的消色差透镜来校正色差。首先计算出不同胶合消色差透镜的色差大小并以此选取透镜,所选消色差透镜相较其它透镜对色差校正可以提高一个量级。其次分析了色差对光谱成像系统的影响以及单像素成像和计算关联成像的差异。最后仿真和试验分析单像素光谱成像和计算关联光谱成像特点。试验结果表明对于900~1700 nm的近红外光谱成像,基于消色差透镜的单像素光谱成像系统取得了更好的图像重构结果,其峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio,PSNR)提高了3.93 dB,结构相似度(Structural Similarity,SSIM)提高了0.96%。消色差透镜的单像素光谱成像系统在近红外光谱成像中重构图像效果优于无消色差透镜的计算关联光谱成像。

基于级联相位检索与关联成像的多图像加密研究

光学信息处理技术本身具有高速度、并行性、信息容量大的特点。同时,光波又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性,是多维信息的载体。因此,光学加密在信息安全传输领域意义重大。现有的图像加密方法存在效率低、安全性差、加密容量小等问题。为了实现多图像二次加密传输,提出了一种基于级联相位迭代与计算关联成像的多图像加密算法。该方法可以同时对多幅图像进行高效加密,计算简单,安全可靠,传输数据少。利用相关系数指标评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性。

不同路径下散射介质对计算关联成像的影响

物体和探测器中间存在的散射介质会对传统光学成像造成严重影响,计算关联成像是能够降低散射影响的有效方法之一。本文分析了光源发射路径和接收路径存在的散射介质,建立了存在散射介质的计算关联成像(CGI)模型,对比分析了不同路径段的散射介质对CGI和传统直接成像(TDI)的影响。从理论分析得出,CGI中发射路径的散射介质会引起重建图像质量的衰减,而接收路径中的散射介质几乎不会影响最终的成像结果。实验分析证实,CGI可以降低散射光对成像造成的干扰。实验结果表明,在发射路径和接收路径同时存在散射干扰时,CGI和TDI的衬噪比分别为2.98和2.72。CGI能够降低云、烟、雾或生物组织等介质的散射干扰。

烟幕环境下计算关联成像

理论证明探测光路经散射介质的散射与吸收对计算关联成像造成的影响可以近似等效为乘性噪声而被消除,使用蒙特卡罗方法建立烟幕介质的点光源脉冲响应函数模型,分析了不同状态的烟幕对成像的影响,讨论了穿透烟幕成像的可行性。结果表明,当固有噪声Ni=0时,可忽略散射介质对成像结果的影响。最后,总结了计算关联成像技术穿透烟幕成像性能的适用范围,这为计算关联成像应用提供了一定的参考。

基于追踪补偿的运动物体计算关联成像方法

计算关联成像是利用成像物体的反射或透射信号与结构化的参考光进行多次关联成像,具有了灵敏度高、抗干扰能力强等优点。当物体和计算关联成像系统存在相对运动时,在成像过程中物体的反射或透射信号与参考光的光场涨落失去关联性,进而会产生运动模糊。从二阶关联函数的角度推导了运动成像导致模糊的原因以及追踪补偿原理;恢复计算关联成像系统中参考光和桶探测器收集的光强值的关联性,实现了计算关联成像中的追踪补偿策略;计算机仿真解释了计算关联成像光路中对物体平移干扰进行补偿的策略,证实了该追踪补偿方法对运动物体成像的有效性,克服了物体与成像系统之间的相对运动引起的成像质量下降。方法为关联成像对运动物体的识别、跟踪、遥感和实时在线成像提供了技术手段。

数字微镜器件调制多波长关联成像系统

关联成像是一种新体制成像方法,能够解决一些传统成像技术无法解决的问题,近年来颇受关注。其中,又以基于数字微镜器件(DMD)和空间光调制器(SLM)的计算关联成像发展最快。将DMD应用于计算关联成像,利用其调制速度快、反射波段宽的优势,结合压缩感知方法,可在多个波长上获取高质量图像,实现多波长关联成像。多波长关联成像在实现过程中存在几个关键问题,包括赝热光场的有效产生、光场调制中衍射效应和调制噪声的影响,以及高质量图像重建算法等。对上述关键问题进行数值仿真,确定系统最佳工作参数;在此基础上构建多波长关联成像实验系统以验证效果,为关联成像技术的实用化提供了参考。

激光关联成像在烟幕条件下的实验研究

烟幕是一种复杂且特殊的散射介质,穿透烟幕成像是一项具有广阔应用前景的课题。为探究计算关联成像技术在烟幕环境下的抗散射性,设计烟幕箱结合计算关联成像的实验系统,在静态与动态散射的环境下进行了实验,得出了计算关联成像在探测路径存在静态与缓慢变化的动态烟幕情况下可实现成像的结论;针对快速动态烟幕条件下的成像降质问题,提出了逐点补偿方法。由于在动态散射的情况下光强涨落掺入了额外的衰减因素,利用获得的以特定频率投影特定帧的强度值可追踪衰减系数的变化,将原始光强值除以衰减系数得到校正后的光强值。该方法在低投影频率的条件下具有优势,通过对比得到了该方法的适用条件。

基于主成分分析的散斑设计方法

基于压缩感知的计算关联成像中,散斑设计是高质量图像重构的关键。针对传统散斑生成方法存在冗余高、关联成像质量低的问题,提出了一种基于主成分分析的散斑设计方法。该方法通过线性映射将高维空间中的数据投影到低维空间中,使低维空间上的投影方差最大化。结合图像先验知识,通过样本训练方法得到一组测量矩阵,在低采样率下可提高成像质量。实验结果表明,与传统方法相比,在采样率相同且低于0.5时,本方法可将图像的峰值信噪比提升5 dB,结构相似度提升0.2,为低采样率下获取高质量图像的同类场景提供了新思路。