单像素相机在散射介质成像中的应用研究-光学专业论文.docx

万方数据 万方数据 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州 大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或 部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为郑州大学。必威体育官网网址论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 日期： 年 月 摘要 摘要 摘要 散射介质的存在严重影响成像质量，甚至完全无法成像，因此研究散射介 质成像有非常重要的意义。单像素相机作为一种新型的成像系统，与传统的成 像系统相比成本低、系统简单且应用范围广，而且单像素成像系统只需要探测 到加载不同掩膜时光强的变化。本文利用单像素成像的特点，将单像素成像系 统应用在散射介质成像中，通过理论分析和模拟验证了实验的可行性。最后搭 建实验系统，成功的实现了散射介质成像。本文研究工作主要从以下几个方面 展开： （1）数字微镜阵列是单像素成像中的核心器件，文章在介绍了数字微镜阵 列的特点和各项参数以后，给出了它的加工过程以及工作原理，并且与同类器 件进行了对比，阐述了该器件的优缺点。 （2）介绍了单像素成像中比较有代表性的两种方法：压缩传感理论和四步 相移理论。压缩传感理论作为单像素成像中的经典理论，论文从测量矩阵、传 输矩阵以及重建算法三个方面对其进行了全面的介绍，并且列举出了适合数字 微镜阵列应用的矩阵。同时还介绍了一种新型的四步相移理论，包括它的成像 原理、特点和重建算法。 （3）在理论分析基础上，通过模拟和实验证明了单像素成像的可行性，利 用单像素成像系统只需要探测光强变化的特点，将其应用于散射介质成像中， 成功的实现了单层散射介质成像。通过分析散射介质的散射特性，利用它的记 忆效应结合四步相移理论设计了双层散射介质成像系统，该系统结构简单，不 需要复杂的时间门等装置也能很好的区分出弹道光子和蛇形光子，有效的降低 了实验成本，并且实验取得了良好的效果，证明了该系统在双层散射介质成像 中的可行性。分析了实验中的噪声，给出了提高该系统成像质量的方法。 关键词：数字微镜阵列 压缩传感 四步相移 记忆效应 散射介质 单像素 成像 I Abs Abstract Abstract The existence of scattering medium deteriorates the quality of imaging, and even makes the imaging impossible. Therefore, the research on imaging through scattering media is of significant. Compared with the traditional imaging system, single-pixel camera is a new imaging system with the characters of low cost, simple system and wide range of applications. The single-pixel imaging system only needs to detect the light intensity changes when it loads different masks. This thesis focuses on single-pixel imaging in scattering medium based on the characteristics of single-pixel imaging system. Experimental feasibility is verified through theoretical analysis and simulation. An experiment system is set up to realize the scattering medium imaging. This thesis focuses on the research from the following aspect