本文關(guān)鍵詞：單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的研究

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【摘要】：2006年,Duarte M F、Davenport M A、Takhar D等人結(jié)合壓縮傳感理論與光學(xué)成像,成功地設(shè)計(jì)出了單像素?cái)?shù)碼相機(jī)。單像素?cái)?shù)碼相機(jī)嚴(yán)格地滿足壓縮傳感理論,驗(yàn)證了壓縮傳感理論的正確性,也打破了現(xiàn)在現(xiàn)代相機(jī)單一性地向高像素發(fā)展的模式,實(shí)現(xiàn)了只用一個(gè)單光子探測器以及遠(yuǎn)小于原圖像信息的數(shù)據(jù)就可以重構(gòu)出高像質(zhì)的圖像的目的,使數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展不再受限于電子傳感器的大小,開辟了數(shù)碼相機(jī)發(fā)展的新方向。單像素?cái)?shù)碼相機(jī)因其許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注,成為未來數(shù)碼相機(jī)發(fā)展的趨勢之一。針對單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的深入研究,本文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作:(1)系統(tǒng)地介紹了單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的理論基礎(chǔ)——壓縮傳感理論,詳細(xì)地介紹了壓縮傳感理論的三個(gè)主要內(nèi)容:稀疏表示信號、測量矩陣和重構(gòu)算法。(2)針對壓縮傳感理論的重構(gòu)算法的不足之處提出了三個(gè)方面的改進(jìn),包括:1)根據(jù)圖像特征判斷進(jìn)行貪婪算法重構(gòu)圖像時(shí)選擇逐行還是選擇逐列重構(gòu);2)提出自適應(yīng)迭代次數(shù)的MP算法和OMP算法;3)結(jié)合距離與內(nèi)積的匹配準(zhǔn)則的貪婪追蹤算法。通過用Matlab仿真,比較這三種改進(jìn)后的重構(gòu)算法與改進(jìn)前的重構(gòu)算法獲得的像質(zhì)的高低,從而說明三種改進(jìn)后的重構(gòu)算法有利于進(jìn)一步的提高像質(zhì)。(3)詳細(xì)的介紹了單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的理論,包括:1)經(jīng)典的單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)圖、實(shí)驗(yàn)原理;2)單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的核心器件——DMD;3)在不改變測量次數(shù)的前提下,提出了通過增加DMD的負(fù)12度的方向的光線收集,達(dá)到充分利用DMD全部像素以及提高重構(gòu)質(zhì)量的目的;4)介紹了DMD可以加載的測量矩陣——部分哈達(dá)瑪矩陣、置亂二值分塊對角矩陣、稀疏隨機(jī)二值矩陣、托普利茲和循環(huán)測量矩陣,同時(shí)對具有很大發(fā)展?jié)摿�、很可能�?shí)現(xiàn)硬件化的置亂分塊哈達(dá)瑪稀疏矩陣進(jìn)行了介紹;5)闡述了在重構(gòu)算法中對測量矩陣和目標(biāo)圖像的重新排列的方法,顯示了仿真的結(jié)果;6)列舉了單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的一系列優(yōu)點(diǎn),說明了研究單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的意義;7)列舉了單像素?cái)?shù)碼相機(jī)實(shí)驗(yàn)的要求和注意事項(xiàng)。(4)對單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究。介紹了單像素?cái)?shù)碼相機(jī)實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)儀器,介紹了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),提出了兩步法思想以方便調(diào)整實(shí)驗(yàn)光路,提出消除背景光的操作方法,成功的用兩步法重構(gòu)出的具有較高像質(zhì)的圖像,為單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的進(jìn)一步研發(fā)提供了有益的參考作用。(5)對單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展和投入實(shí)際應(yīng)用提出了展望。
【關(guān)鍵詞】：單像素?cái)?shù)碼相機(jī) 壓縮傳感 重構(gòu)算法 數(shù)字顯微陣列
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB852.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)國內(nèi)外的研究情況11-12
• 1.3 壓縮傳感理論12-14
• 1.4 壓縮傳感理論的應(yīng)用14-15
• 1.5 本文研究的主要意義及內(nèi)容15-17
• 2 壓縮傳感理論17-27
• 2.1 稀疏變換域17-20
• 2.2 測量矩陣20-22
• 2.3 重構(gòu)算法22-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 3 壓縮傳感理論的改進(jìn)27-38
• 3.1 根據(jù)圖像特征合理選擇逐行或者逐列重構(gòu)的貪婪算法27-31
• 3.2 自適應(yīng)迭代次數(shù)的MP和OMP算法31-33
• 3.3 結(jié)合距離與內(nèi)積的匹配準(zhǔn)則的貪婪追蹤算法33-36
• 3.4 本章小結(jié)36-38
• 4 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的理論38-60
• 4.1 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)38
• 4.2 DMD介紹38-39
• 4.3 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)39-42
• 4.4 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的測量矩陣42-52
• 4.4.1 部分哈達(dá)瑪矩陣42-44
• 4.4.2 置亂二值分塊對角矩陣44-47
• 4.4.3 稀疏隨機(jī)二值矩陣47-48
• 4.4.4 托普利茲和循環(huán)測量矩陣48-50
• 4.4.5 置亂分塊哈達(dá)瑪稀疏矩陣50-52
• 4.5 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)恢復(fù)算法的重構(gòu)方法52-53
• 4.6 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)53-57
• 4.6.1 壓縮傳感理論的優(yōu)點(diǎn)53-56
• 4.6.2 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)56-57
• 4.7 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)實(shí)驗(yàn)的要求和注意事項(xiàng)57-58
• 4.8 本章小結(jié)58-60
• 5 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)實(shí)驗(yàn)60-69
• 5.1 實(shí)驗(yàn)儀器介紹60-61
• 5.2 單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)61-62
• 5.3 兩步法的實(shí)驗(yàn)思想62-65
• 5.4 重構(gòu)圖像結(jié)果65-67
• 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析67
• 5.6 本章小結(jié)67-69
• 6 結(jié)論與展望69-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 個(gè)人簡歷、碩士期間成果76-77
• 致謝77

【相似文獻(xiàn)】

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1 彭進(jìn)業(yè);金浩強(qiáng);石劍虹;曾貴華;;高速單像素相機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];光學(xué)精密工程;2014年04期

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1 王玲;單像素?cái)?shù)碼相機(jī)的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

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3 李正煒;基于壓縮傳感理論的單像素相機(jī)成像研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2012年

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本文編號：975232