基于多散斑图和三维计算的应用型鬼成像方案研究

摘要

鬼成像，也称关联成像，是基于光场的空间关联来获取物体清晰图像的一种新型成像技术。鬼成像可以在不包含物体的光路上获得物体的像，近年来得到广泛关注。其中，鬼成像实现时所需设备、成像的质量以及成像所花的时间是决定鬼成像技术可实用化的重要因素。因此系统简单、质量高和重建时间短的新型应用鬼成像方案的研究具有重要应用价值。
　　论文首先针对传统鬼成像系统存在成像质量较低、对探测设备要求高的问题，在多散斑图鬼成像方案思路和差分鬼成像方案基础上，提出了一种多散斑图差分鬼成像方案。该方案将物体的差分信息作为被成像对象，并通过使用每次探测多个独立不相关的散斑图的慢探测器获得了较高质量的物体图像。理论分析和仿真结果表明，该方案通过连续探测多个独立的散斑图，降低了热光鬼成像方案对探测器高时间分辨力的要求；通过采用能够抑制背景噪声和其他噪声源干扰的差分方法，增大了信噪比，提高了成像质量。
　　其次，在所提方案基础上，进一步引入压缩感知恢复算法，给出一种针对多散斑图的差分压缩鬼成像方案。该方案在有效的降低了探测设备的要求，提高了成像质量的同时减少了成像所需时间。数值仿真结果表明，该方案与多散斑图差分鬼成像方案相比，成像的峰值信噪比有超过11dB的提升，且减少了约75％的采样数据。
　　最后，论文针对常见的鬼成像方案仅限制在对二维物体或三维物体的二维轮廓进行重建，无法对客观世界中的三维物体实现还原的问题，提出了一种仅使用三个单像素探测器进行三维重建的三维压缩计算鬼成像方案。该方案通过三个空间分离的单像素探测器分别快速的恢复出高质量的物体二维图像，然后利用得到的三幅二维图像中的不同明暗变化信息来还原出物体表面的三维结构。研究结果表明，三维压缩计算鬼成像方案在低采样率下重建的结果与三维计算鬼成像方案相比，均方误差降低了57%以上，即该方案提高了物体三维结构的重建质量，同时有效的减少了采样次数，降低了重建时间。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2论文主要内容及结构

第二章 热光鬼成像理论与三维重建技术

2.1热光鬼成像基础理论

2.1.1 （赝）热光鬼成像

2.1.2计算鬼成像

2.1.3压缩鬼成像

2.2三维重建技术

2.2.1从明暗恢复形状方法

2.2.2光度立体方法

2.3本章小结

第三章 针对多散斑图的差分压缩鬼成像方案研究

3.1多散斑图差分鬼成像理论分析

3.1.1多散斑图鬼成像方案

3.1.2多散斑图差分鬼成像方案

3.2针对多散斑图的差分压缩鬼成像理论分析

3.3数值仿真结果及性能分析

3.3.1 MSDGI与MSGI仿真对比分析

3.3.2 MSDCGI与MSDGI仿真对比分析

3.4本章小结

第四章 基于压缩感知的三维计算鬼成像方案研究

4.1基于压缩感知的3D计算鬼成像理论分析

4.1.1 3D计算鬼成像方案

4.1.2基于压缩感知的3D计算鬼成像方案

4.2数值仿真结果与性能分析

4.2.13D CGI方案仿真分析

4.2.23D CCGI与3D CGI仿真对比分析

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1课题研究总结

5.2进一步的工作

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢