【摘要】：散射成像技術(shù)是一種利用攜帶目標(biāo)信息編碼的散斑圖像恢復(fù)處于散射介質(zhì)后的目標(biāo)圖像的技術(shù),在穿透生物組織成像,穿透大氣云層成像,穿透渾濁水體成像等方面具有重要的應(yīng)用前景。本文提出將信息論中信息描述和信息處理的基本方法應(yīng)用于散射成像的研究。首先,在光學(xué)圖像的概率解釋基礎(chǔ)上,在散射成像中引入了平均互信息量和信息熵等基本概念,并建立了散射成像的信息論模型,包括物體、散射介質(zhì)、探測器的信源、信道、信宿模型,散射成像的信息傳輸模型以及散射成像的最大熵圖像恢復(fù)模型。其次,本文基于二次序列規(guī)化法和交替方向法分別給出了兩種求解最大熵模型的算法,設(shè)計分辨率為16×16的目標(biāo)進(jìn)行了散射成像的仿真。仿真結(jié)果表明最大熵圖像恢復(fù)方法能夠正確有效的恢復(fù)目標(biāo)圖像,其中基于二次序列規(guī)劃的最大熵算法重構(gòu)圖像的PSNR始終高于17 d B,具有良好的抗噪性,而基于交替方向法的最大熵算法運算時間低于1 s,具有應(yīng)用于高分辨率目標(biāo)重構(gòu)的潛力。然后,本文設(shè)計了一個被動散射成像系統(tǒng)進(jìn)行了實驗,該系統(tǒng)使用數(shù)字微鏡陣列作為目標(biāo),使用兩塊距離可調(diào)的毛玻璃作為散射介質(zhì),通過調(diào)節(jié)毛玻璃間距可實現(xiàn)記憶效應(yīng)區(qū)間到非記憶效應(yīng)區(qū)間的過渡。實驗結(jié)果表明最大熵方法不受記憶效應(yīng)的限制,能夠有效恢復(fù)處于記憶效應(yīng)區(qū)間和非記憶效應(yīng)區(qū)間的目標(biāo)圖像。對于采樣點尺寸d(28)7.4μm的情況,當(dāng)互信息隨著采樣點數(shù)量增加從0.1 Nat增加到1.8Nat時,重構(gòu)圖像的PSNR從約9 d B提高到約18 d B。由此得到散射信道傳輸?shù)幕バ畔⒃蕉?圖像重構(gòu)質(zhì)量越好的推論。最后,本文研究了在散射成像圖像恢復(fù)中減少采樣點,實現(xiàn)采樣優(yōu)化的問題。從散射成像的信息傳輸模型出發(fā),理論分析了目標(biāo)信息熵對信道傳輸?shù)幕バ畔⒌挠绊?得到了信道傳輸?shù)幕バ畔㈦S著目標(biāo)信息熵增大會逐漸趨于一個常數(shù)Nlogc_0的結(jié)論。設(shè)計實驗驗證了這個結(jié)論,對于一個150采樣點的散射信道,隨著目標(biāo)信息熵增加互信息趨于常數(shù)0.9 Nat,通過實驗結(jié)果推斷出恢復(fù)目標(biāo)圖像所需要的最小采樣次數(shù)隨著目標(biāo)信息熵增加而增大。此外使用基于稀疏先驗的優(yōu)化采樣理論對實驗進(jìn)行了處理,得出與上述結(jié)論一致的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O436.2
【圖文】：

USAF分辨力板散射成像結(jié)果

聚焦實驗結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2734530