单像素相机在散射介质成像中的应用研究

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。

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1 引言

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本论文研究主要内容

1.5 本论文的结构框架

2 数字微镜阵列介绍

2.1 数字微镜阵列概述

2.2 DMD的工艺实现流程

2.3 DMD工作原理

2.4 DMD控制软件

2.5 DMD的应用及其优势

2.6 本章小结

3 单像素成像理论介绍

3.1 压缩传感理论

3.2 四步相移理论

3.3 本章小结

4 单像素相机实验

4.1 基于压缩传感理论的单像素成像实验

4.2 基于四步相移理论的单像素成像实验

4.3 本章小结

5 散射介质成像实验

5.1 单层散射介质成像实验

5.2 双层散射介质成像实验

5.3 本章小结

6 总结和展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

个人简历

硕士期间发表的学术论文和研究成果：

致谢