【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的高度集成和綜合運用,對新一輪產業(yè)變革和經(jīng)濟增長有重要意義。在物聯(lián)網(wǎng)的所有設備中,傳感器是所有數(shù)據(jù)的主要來源,其中圖像成像器十分重要,可以稱之為萬物之“眼”。如果要將成像器安裝到任意地方,如對一些空間受限的地方,則需要滿足結構緊湊、輕薄、低成本等要求�；谕哥R的傳統(tǒng)成像系統(tǒng)由于鏡頭中透鏡的數(shù)量和厚度,以及由于聚焦需要保留透鏡前后移動的距離空間及法蘭距等因素造成成像設備厚度不能進一步減小,而且鏡頭會增加系統(tǒng)體積和成本。無鏡頭成像技術可以有效降低系統(tǒng)厚度、減小體積和重量,可以應用于物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式成像、穿戴設備等應用領域。本文主要研究可以用于可見光下擴展場景下的編碼掩模計算成像技術,采用可分離編碼掩模直接貼放在圖像傳感器之前的成像架構,編碼掩模對場景光線分布進行編碼,利用后期算法重建場景成像方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)成像設備中鏡頭部件。主要研究工作如下:1.針對可見光下的擴展場景的編碼掩模成像技術展開研究。分析可見光下的編碼掩模成像特點,對編碼成像模型和光學傳播模型,編碼掩模板設計原理,進行理論分析和模型仿真。2.可分離編碼掩模研究。根據(jù)可分離編碼掩模成像的數(shù)學模型,采用m序列構造可分離編碼矩陣,并進行衍射效應理論分析和軟件仿真,確定系統(tǒng)相關物理參數(shù),并采用基于數(shù)據(jù)驅動、圖像標定的方法獲得成像系統(tǒng)的變換矩陣,與傳統(tǒng)編碼掩模匹配濾波方法相比,可以極大地降低模型求解的難度,提高圖像重建速度。3.編碼掩模成像重建算法研究。在系統(tǒng)變換矩陣已知的情況下,重建問題轉化為病態(tài)逆問題求解,對病態(tài)逆問題求解算法進行深入研究,采用正則化最優(yōu)求解即可得到原始場景圖像。主要對基于TSVD(截斷奇異值分解)和TV(總變分)正則化重建算法進行研究并進行實驗對比,并從人眼主觀視覺效果和客觀指標進行重建圖像質量評價。4.搭建實驗平臺。完成編碼掩模制作,搭建可見光無鏡頭原型樣機,多次實驗后,對真實場景重建獲得512×512大小的灰度圖像,人眼可識別目標。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.81
【圖文】：

圖１．１傳灥鏡式相機和栜頭相機逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ邋ｌｅｎｓ－ｂａｓｅｄ邋ｃａｍｅｒａｓ邋ａｎｄ邋ｌｅｎｓｌｅｓｓ邋ｃａｍｅｒａｓ逡逑主要解決方案是采用折疊光學和無鏡頭成像技術，折疊光學

（ｂ）逡逑Ｌｅｎｓ邋Ｉ邋ｅｓｓ邋Ｃａｍｅｒａｓ邋Ｍａｓｋ邋Ｓｅｎｓｏｒ邋Ｃａｐｔｕｒｅｄ邋Ｄａｔａ邋Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ邋Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ邋Ｉｍａｇｅ逡逑圖１．２傳統(tǒng)透鏡成像與編碼掩模成像結構對比逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｌｅｎｓ－ｂａｓｅ

逡逑圖１．３中紅色的左縱軸表錄基于透鏡的望遠鏡和相機的分辨率（以像素為單逡逑位，對數(shù)刻度）與橫軸物理體積（以ｍｍ３為單位）之間關系。右側藍色縱坐標軸逡逑表示２０１１年全球不聞的、有代表性成像器的銷售額與橫軸物理體積之間關系。逡逑其中，１．邋Ｇｒａｎ邋Ｃａｎａｒｉａ室遠鏡；２．哈勃望遠鏡；３．邋１米望遠鏡；４＋邋３0厘米望逡逑遠鏡；５．邋ＡＷＡＲＥ邋２相機；６，專業(yè)相機；７．數(shù)學單１反相機；８．邋ｉＰｈｏｎｅ５相機；９．鵜逡逑鶘相機；１０．微型ＶＧＡ；邋１１．邋Ｍｅｄｉｇｕｓ相機；１２．單光電二極管。逡逑圖邋１，４邋Ｍｅｄｉｇｕｓ邋相機逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｍｅｄｉｇｕｓ邋ｍｅｄｉｃａｌ邋ｃａｍｅｒａ逡逑圖１．３可以簡要說明微型相機的種類稀少和微型相機的造價昂貴，市場存在逡逑巨太空白，有很大的發(fā)展．空：間。其中＿１．４是Ｍｅｄｉｇｕｓ相機，Ｍｅｄｉｇｕｓ公縛．生產一逡逑款世界上最小的成像儀，造價約１０００美元，作為醫(yī)用內窺鏡相機。屰前微型的逡逑ＶＧＡ相機體積可以達到１５０ｍｍ３

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本文編號：2753096