2.52太赫茲同軸數(shù)字全息三維信息獲取算法仿真研究
發(fā)布時間：2020-12-27 08:31
太赫茲輻射能夠穿透非金屬和非極性材料,而且光子能量較低,在生物醫(yī)學檢測和空間遙感等方面具有廣闊的應用前景。近年來,太赫茲成像技術一直向著成像質量和維數(shù)不斷提高的方向發(fā)展,因此,本論文采用主觀和客觀評價相結合的方法,首先針對太赫茲同軸數(shù)字全息二維成像質量的影響因素進行相關研究;接著將維度擴展至三維,針對壓縮感知太赫茲三維重建算法和基于Matlab的全息重建網(wǎng)絡(MHRNet)進行研究。為研究太赫茲同軸數(shù)字全息二維成像質量的影響因素,分別在支撐板透過率為0.93時研究噪聲的改變對重建像的影響;在支撐板所加均值為0、標準差為0.04的高斯噪聲情況下研究支撐板透過率的改變對重建像的影響,并最終給出支撐板的最佳透過率隨噪聲的變化趨勢。此外針對四種支持域確定方法,分別在支撐板有噪聲和無噪聲兩種情況下針對其適用性進行仿真研究,最后得到了不同支持域確定方式的適用范圍。為研究基于壓縮感知的太赫茲三維重建方法的影響因素,針對連續(xù)型場景進行了一系列深入研究。首先仿真對比了連續(xù)型場景和分立型場景的重建像質量,證明了連續(xù)型場景各個層面之間是存在相互影響的。接著,針對連續(xù)型場景進行了相關參數(shù)的改變對重建效果的影響...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
THz脈沖全息（綠色）和THz相位恢復（藍色）裝置[20]
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-2-1.2國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析目前，數(shù)字全息技術獲取物體三維信息的主要方法包括：多波長數(shù)字全息成像、多距離數(shù)字全息成像、相移干涉法、迭代相位恢復法及壓縮感知技術等。其中，多波長、多距離和相移法均需記錄多幅全息圖，實驗操作困難；迭代法利用單幅全息圖即可獲得較好的重建結果，但其利用反正切函數(shù)計算物體的相位分布，導致相位包裹在[-π，π]；基于壓縮感知的全息成像可以通過只記錄一幅全息圖來實現(xiàn)物體的三維重建，具有廣闊的應用前景。1.2.1國外相關研究現(xiàn)狀1.2.1.1二維相位恢復算法國外研究現(xiàn)狀2012年，Petrov[18-20]等提出了運用多個THz波長和多個記錄距離下的強度分布實現(xiàn)波前重構的恢復算法并給出了數(shù)值研究結果。圖1-1為實驗裝置，此算法在物平面和多個像平面之間迭代以獲得重建像，比較了菲涅爾衍射法和角譜法的重構效果，實驗結果如圖1-2所示，圖1-3給出了該恢復算法的重建圖像，可以看出在近場衍射中角譜法的適用性更強。該方法需要多次記錄全息圖且操作困難，對實驗環(huán)境和設備的要求均很高，記錄距離受限于光波波長。圖1-1THz脈沖全息（綠色）和THz相位恢復（藍色）裝置[20]a)8.4mmb)12.4mmc)20.2mmd)34.9mme)76.8mm圖1-2角譜法（上）和菲涅爾變換（下）在不同距離下的衍射圖案[20]
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-a)10.3mmb)10.9mmc)11.6mmd)12.4mme)13.2mmf)20.2mmg)22.6mmh)25.6mmi)29.5mmj)34.9mm圖1-3相位恢復算法迭代100次的重建結果[20]2015年，Oshima等[21]對波長為532nm的激光提出了一種用于動態(tài)目標重建的混合算法。其根據(jù)隨機移相法獲取初始數(shù)據(jù)，避免了外圍法即在目標周圍放置一個已知的復振幅（稱為外圍）的方法易限于局部最優(yōu)解的缺陷。圖1-4為全息面相鄰像素物光與參考光的關系，圖1-5給出了Oshima論文方法和原始外圍法的重建像，觀察發(fā)現(xiàn)論文運用的方法重建效果更好，但該方法僅停留在仿真階段。圖1-4隨機移相法中全息面上四個相鄰像素物光與參考光的關系[21]a)振幅和相位場景b)Oshima論文方法c)原始方法圖1-5重建效果對比[21]1.2.1.2壓縮感知算法國外研究現(xiàn)狀2009年，BradyDJ等[22]初次把壓縮感知引入可見光同軸數(shù)字全息的三維重建。圖1-6為相應的實驗裝置和重建結果，第一個樣本放置在距離全息面1.5cm處，第二個樣本放置在5.5cm處，壓縮感知算法獲得的重建效果較好。圖1-6實驗裝置和壓縮感知重建結果圖[22]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]太赫茲光譜技術在生物醫(yī)學檢測中的定性與定量分析算法[J]. 彭滟,施辰君,朱亦鳴,莊松林. 中國激光. 2019(06)
[2]同軸數(shù)字全息中的相位恢復算法[J]. 戎路,王大勇,王云新,黃昊翀. 中國激光. 2014(02)
[3]最大類間方差法在圖像處理中的應用[J]. 齊麗娜,張博,王戰(zhàn)凱. 無線電工程. 2006(07)
本文編號：2941420
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：90 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
THz脈沖全息（綠色）和THz相位恢復（藍色）裝置[20]
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-2-1.2國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析目前，數(shù)字全息技術獲取物體三維信息的主要方法包括：多波長數(shù)字全息成像、多距離數(shù)字全息成像、相移干涉法、迭代相位恢復法及壓縮感知技術等。其中，多波長、多距離和相移法均需記錄多幅全息圖，實驗操作困難；迭代法利用單幅全息圖即可獲得較好的重建結果，但其利用反正切函數(shù)計算物體的相位分布，導致相位包裹在[-π，π]；基于壓縮感知的全息成像可以通過只記錄一幅全息圖來實現(xiàn)物體的三維重建，具有廣闊的應用前景。1.2.1國外相關研究現(xiàn)狀1.2.1.1二維相位恢復算法國外研究現(xiàn)狀2012年，Petrov[18-20]等提出了運用多個THz波長和多個記錄距離下的強度分布實現(xiàn)波前重構的恢復算法并給出了數(shù)值研究結果。圖1-1為實驗裝置，此算法在物平面和多個像平面之間迭代以獲得重建像，比較了菲涅爾衍射法和角譜法的重構效果，實驗結果如圖1-2所示，圖1-3給出了該恢復算法的重建圖像，可以看出在近場衍射中角譜法的適用性更強。該方法需要多次記錄全息圖且操作困難，對實驗環(huán)境和設備的要求均很高，記錄距離受限于光波波長。圖1-1THz脈沖全息（綠色）和THz相位恢復（藍色）裝置[20]a)8.4mmb)12.4mmc)20.2mmd)34.9mme)76.8mm圖1-2角譜法（上）和菲涅爾變換（下）在不同距離下的衍射圖案[20]
哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-a)10.3mmb)10.9mmc)11.6mmd)12.4mme)13.2mmf)20.2mmg)22.6mmh)25.6mmi)29.5mmj)34.9mm圖1-3相位恢復算法迭代100次的重建結果[20]2015年，Oshima等[21]對波長為532nm的激光提出了一種用于動態(tài)目標重建的混合算法。其根據(jù)隨機移相法獲取初始數(shù)據(jù)，避免了外圍法即在目標周圍放置一個已知的復振幅（稱為外圍）的方法易限于局部最優(yōu)解的缺陷。圖1-4為全息面相鄰像素物光與參考光的關系，圖1-5給出了Oshima論文方法和原始外圍法的重建像，觀察發(fā)現(xiàn)論文運用的方法重建效果更好，但該方法僅停留在仿真階段。圖1-4隨機移相法中全息面上四個相鄰像素物光與參考光的關系[21]a)振幅和相位場景b)Oshima論文方法c)原始方法圖1-5重建效果對比[21]1.2.1.2壓縮感知算法國外研究現(xiàn)狀2009年，BradyDJ等[22]初次把壓縮感知引入可見光同軸數(shù)字全息的三維重建。圖1-6為相應的實驗裝置和重建結果，第一個樣本放置在距離全息面1.5cm處，第二個樣本放置在5.5cm處，壓縮感知算法獲得的重建效果較好。圖1-6實驗裝置和壓縮感知重建結果圖[22]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]太赫茲光譜技術在生物醫(yī)學檢測中的定性與定量分析算法[J]. 彭滟,施辰君,朱亦鳴,莊松林. 中國激光. 2019(06)
[2]同軸數(shù)字全息中的相位恢復算法[J]. 戎路,王大勇,王云新,黃昊翀. 中國激光. 2014(02)
[3]最大類間方差法在圖像處理中的應用[J]. 齊麗娜,張博,王戰(zhàn)凱. 無線電工程. 2006(07)
本文編號：2941420
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