基于压缩感知的远距离主动三维成像研究

【摘要】远距离主动三维成像技术是一种可以获得远距离目标物体三维信息的信息获取技术。相对于其他三维信息获取技术,其具有非接触、速度快、分辨率高等特点,目前已经广泛应用于遥感成像、地形勘测、医学成像、雷达成像等领域中。因此其在民用和军用上都有极大的应用前景和研究价值。压缩感知理论是一门新兴的信号处理理论,它指出在一定条件下,在远低于Nyquist采样定理所要求的采样次数下,也能够精确地重构出原始信号。本文提出将压缩感知应用于远距离主动三维成像,利用压缩感知理论将信号采样和压缩合而为一的特点,解决了传统三维信息获取中数据量太大的问题。本文首先介绍了三维成像的现状和压缩感知理论的基本原理,重点利用压缩感知原理通过使用高功率脉冲激光器、大口径望远系统、数字微镜阵列(DMD)、光电倍增管(PMT)和高速数据采集卡搭建远距离二维和主动三维成像系统。分别对距离230m和4.5kmm左右的目标物体完成了绝对距离的测量,实现了64×64像素的三维成像。并对目标物体稀疏性和采样率对图像恢复质量的影响进行了分析。证实在远距离图像恢复上,随着采样率的提高,图像恢复的质量和对比度都有一定程度的提高；目标物体的稀疏性越好,重构图像所需的采样次数越少。由于工作于大气环境中的远距离成像系统不可避免的会受到大气湍流的影响,本文通过模拟仿真大气湍流对图像的影响,并利用压缩感知重构了经大气湍流影响的原始图像,分析了重构图像质量。然后本文提出了一种基于距离维度编码调制的三维编码调制图像重构方法,将距离维度信息加入压缩感知算法,进一步降低了压缩比,完成了模拟验证,证实了这种方法的可行性。最后,对目前工作进行总结并对今后工作提出了展望。
【作者】李东；
【导师】刘向东；刘旭；李海峰；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】压缩感知；三维成像；成像系统；远距离；大气湍流；距离编码；

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