基于相位编码技术的计算成像方法研究

【摘要】目前在多个领域对于光学成像探测的要求越来越高,高清晰、高分辨率图像的获取在很多方面成了目标识别的重要手段。随着光学领域各项技术的发展,尤其是探测器技术的长足进步，使得获取高质量图像成为可能，但是高分辨率的图像信息势必伴随着所需的存储、处理资源也同步增长，同时对光学系统参数的要求也越来越高。然而在一些特定领域，如航空航天、生产线在线测试等，所能提供的硬件及软件资源非常有限，高质量图像与有限资源之间的矛盾尤为突出。传统光学成像的模式主要针对获取图像的可视性，即要求光学成像系统在采样时就能获取高质量的、人眼可直接识别的图像，对于图像处理，大多仅限于对于模糊图像的恢复手段，也就是说，光学成像系统与图像恢复并没有作为统一、完整的系统综合考虑，从而造成很大的资源浪费。在此背景下，本文将光学系统与计算机数字图像处理系统结合在一起进行综合优化，在传统光学成像系统中增加光学编码器件，利用相位编码技术对光信息直接进行编码，经探测器采样后，再通过计算机进行信号重构，获取高质量的可视图像。不同于传统成像方法“先采样，后处理”的信号处理方式，本文所涉及的是一种“先处理，后采样，再复原”的新型计算成像方法，即将光学系统作为信号处理的一部分，探测器采样的是经处理后的压缩信号，降低采样信号总量，减轻探测资源压力，通过数据重构仍然可以获取高质量图像。主要功能包括：(1)降低采样数据量；(2)低分辨率信号采样,高分辨率信号恢复；(3)突破衍射极限成像。本文所涉及的计算成像方法主要是对光信息进行相位调制，传统光学成像系统中绝大多数对于光信息的相位特性考虑较少。相比振幅调制，相位调制对信号的强度损害较小，探测到的信号信噪比较高，更有利于探测微弱信号。我们分别针对相干光成像和非相干光成像这两种情况，讨论了两种相位编码成像方法，分别是频谱面相位编码成像和相位编码随机投影成像，利用光学器件实现数据压缩，实现信号的低分辨率采样，高分辨率信号复原。优化相位编码板设计，使其更易加工实现。计算模拟其成像效果。以上两种成像系统均可突破传统成像系统信息总量受空间-带宽积的限制，可实现信号的低分辨率采样，高分辨率恢复。频谱面相位编码成像采样率在25%左右，而相位编码随机投影成像理论上也可实现25%的采样率成像。但本文采用线扫描的方式，应用了一个维度的稀疏度，进行了成像模拟，结果表明，对于复杂图像，采样率在50%时，就可以取得较好的成像效果，对于信号稀疏度较大的情况,采样率可以更低。同时，通过仿真发现，在不考虑噪声的前提下，该成像方法所复原的图像空间频率响应曲线(SFR)，在中高频段的响应率高于传统成像的衍射极限。数值仿真验证了上述两种成像方法的可行性，特别是简化后的相位编码板，其成像效果同样良好，具有一定的实际应用价值。
【作者】孙建超；
【导师】许峰；
【作者基本信息】苏州大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】计算成像；相位编码；压缩；图像重构；高分辨率；

【参考文献】
[1]张一.《他们眼望上苍》与《紫色》的互文性研究[D].鲁东大学,英语语言文学,2013,硕士.
[2]朱远明.基于参数化控制器的数据驱动控制方法研究[D].北京交通大学,交通信息工程及控制,2014,博士.
[3]杜丽红.社区高血压病患者五态人格及其生活方式的研究[D].北京中医药大学,社会医学与卫生事业管理,2013,硕士.
[4]王鸿娜.多重刺激响应性聚合物相变行为的研究[D].复旦大学,高分子化学与物理,2012,硕士.
[5]胡少博（JoelHubert）.量化宽松时代美国联邦储备委员会公告对股票价格的影响研究[D].首都经济贸易大学,应用经济学,2014,硕士.
[6]殷光中.聚己内酯新型嵌段聚合物的合成及聚己内酯基功能材料的制备[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[7]王旭威.中医药治疗高血压性眩晕的现代文献系统评价与meta分析[D].北京中医药大学,中医学,2013,硕士.
[8]刘成.福建铁路网络布局及对城市空间结构的响应[D].福建师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[9]成景旺.海上OBC三维地震多波多分量采集并行模拟及应用研究[D].中国地质大学,地球探测与信息技术,2014,博士.
[10]赵祚义.铁路信号电源屏存在的主要问题及产生原因[J].铁道通信信号.2000(01)
[11]赵磊.基于HBase的本体存储与查询的研究[D].华东交通大学,软件工程,2011,硕士.
[12]任佳,高晓光,赵欢欢.基于目标状态估计的UAV路径重规划决策模型[J].控制与决策,2009,07:1033-1037+1042.
[13]范菁,熊丽荣,徐聪.分布式企业服务总线平台数据集成研究及应用[J].计算机科学,2014,02:206-214.
[14]李丽.基于.NET的公路质量管理系统的开发研究[D].武汉理工大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[15]王玉秀,郭芙茉,李伟.积极心理学理论与高校体育课程改革[J].浙江工业大学学报(社会科学版),2013,01:48-52.
[16]智鑫.对影视表演专业教学课程设置的思考[D].安徽大学,戏剧,2014,硕士.
[17]孙宗建.单肺通气诱发肺损伤时兔肺组织核因子NF-E2相关因子2表达的变化及姜黄素的干预效应[D].河北医科大学,麻醉学,2014,硕士.
[18]王璠.6,8-二氯辛酸乙酯的精馏提纯性能研究[D].天津大学,化学工程,2013,硕士.
[19]龚秋生.堆垛机的机械结构及控制系统设计研究[D].沈阳理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[20]买菁菁.河南省大学生创业情况调查研究[D].郑州大学,思想政治教育,2013,硕士.
[21]徐芸芳.当代我国生态文明建设探究—从科技生态的角度分析[D].华侨大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[22]李国祥.北京市属高校教师工作满意度与工作绩效关系实证研究[D].北京物资学院,劳动经济学,2014,硕士.
[23]陆娴.杭州下沙流动人口生育经历质性研究[D].杭州师范大学,护理学,2013,硕士.
[24]代青.长房小区物业管理系统的设计与实现[D].湖南大学,软件工程,2013,硕士.
[25]刘威.基于Web Services的在线考试系统的设计与实现[D].西北大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[26]郑哓琳.城市街道广场的休闲性应用研究[D].西安建筑科技大学,艺术设计,2013,硕士.
[27]齐珊珊.大学生自我妨碍、成就动机与学业拖延的关系研究[D].曲阜师范大学,应用心理学,2013,硕士.
[28]张艳雪.复杂GUI应用自动化测试框架设计与实现[D].北京交通大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[29]冯丹.城镇化进程中的金融支持研究[D].山东财经大学,金融学,2014,硕士.
[30]魏鑫.用于白光LED的荧光玻璃的研究[D].哈尔滨工业大学,光学,2014,硕士.
[31]林月俊.我国农业植物新品种保护初步研究[D].中国农业科学院,农业经济管理,2004,硕士.
[32]彭勇刚,罗小平,韦巍.一种新的模糊自适应模拟退火遗传算法[J].控制与决策,2009,06:843-848+853.
[33]孙宝钧,孟国正.对《钢窗检验规则》的建议[J].中国标准化.1995(10)
[34]郑家阳.基于混合存储设备的文件系统TrinityFS的设计与实现[D].华中科技大学,计算机系统结构,2013,硕士.
[35]段智辉.快速液压夯实机的远程监控研究[D].长安大学,机械电子工程,2013,硕士.
[36]刘鑫鑫.南京六合方山沉积砾石层中玛瑙雨花石矿物学研究[D].南京大学,矿物学、岩石学、矿床学,2013,硕士.
[37]黄忠鑫.在政区与社区之间[D].复旦大学,历史地理学,2013,博士.
[38]杨路路.THz双光栅绕射辐射器件高频系统研究[D].合肥工业大学,仪器科学与技术,2014,硕士.
[39]石宇.频率优化系统在GSM无线系统中的应用研究[D].湖南大学,软件工程,2010,硕士.
[40]黄波.基于GIS的SWAT模型在流域有偿服务体系中的应用研究[D].西南交通大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[41]许春晖.南水北调工程后靠移民的心态研究[D].湖北工业大学,政治学理论,2014,硕士.
[42]刘军,何玉林,李俊,黄文.变速变桨距风力发电机组控制策略改进与仿真[J].电力系统自动化,2011,05:82-86.
[43]杜艺莹.环形波导随机激光器的设计研究[D].燕山大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[44]马俊杰.断奶仔猪多系统衰竭综合征中多病原体混合感染的分子流行病学调查[D].南京农业大学,预防兽医,2012,硕士.
[45]杨军.四川成渝高速公路公司能源项目后评价[D].西南财经大学,工商管理,2004,硕士.
[46]刘飞飞.冷战后美国对华网络外交研究[D].吉林大学,世界史,2014,硕士.
[47]陈亚联.江泽民创新思想研究[D].中国社会科学院研究生院,科学社会主义与国际共产主义运动,2003,硕士.
[48]冯婧.9Cr18钢的冷处理组织演变与磁学性质研究[D].河北科技大学,材料工程,2012,硕士.
[49]冯芸梅.佛手祛风汤治疗特发性面神经麻痹的临床研究[D].甘肃中医学院,中西医结合临床,2014,硕士.
[50]丁怡萌,陈娴.昼夜更迭与人生之旅的契合——狄金森诗歌中的圆周意象[J].北京交通大学学报(社会科学版),2014,02:116-122.