散斑稀疏度对计算鬼成像质量影响的研究

作     者：章原 

作者单位：贵州民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄静;刘江涛

授予年度：2023年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：计算鬼成像 成像质量 散斑稀疏度 衬噪比 关联计算时间 

摘      要：鬼成像,又名关联成像,是一种非局域成像方法,通过利用二阶关联函数对所获得的光强信息进行计算,从而重构获得待测物体信息。非局域成像具有抗干扰能力强、能穿透散射介质成像等优点,拥有广阔的应用前景。但实际成像过程也面临着成像系统较为复杂、一般需要激光作为光源、需要较精密的空间光调制器等问题;此外,成像结果也存在对比度差、衬噪比低、成像速度慢等局限,而且还需要大量的测量数据,这些都严重制约了鬼成像的实际应用。对此,本文利用高刷新频率的液晶显示器成功地实现了无透镜计算鬼成像,这极大地简化了成像系统,并降低了成本,可以为鬼成像技术的实用化提供新的途径。在此基础上研究了在背景噪声较大的体系中白色散斑稀疏度对成像质量的影响。主要研究内容如下:1.利用基于Free Sync技术的高刷新频率液晶显示器作为光源成功的实现了无透镜计算鬼成像。并研究了散斑图的数量、散斑图的尺寸大小、液晶显示器屏幕的亮度、对比度、刷新频率、光电探测器的增益系数、光电探测器距液晶显示器屏幕的距离等对计算鬼成像质量的影响。研究发现:散斑图数量增加,成像质量明显提高;散斑尺寸太小,成像质量极低,而散斑尺寸太大,图像马赛克化严重;显示器屏幕亮度增加,成像质量逐渐提高;改变显示器屏幕的对比度和屏幕刷新频率,重构得到的像的质量差距不大,但更高的刷新频率可以提高成像速度;光电探测器的增益系数为40db、50db、60db时,成像较为清晰。当光电探测器距离液晶显示器屏幕的距离为50mm-70mm时成像最清晰。这可以为基于Free Sync技术的高刷新液晶显示器的计算鬼成像系统的设计提供指导。由于液晶显示器的覆盖范围极其广泛且价格便宜,基于液晶显示器的鬼成像将降低成像系统的成本,极大地促进鬼成像的实际应用。2.在研究内容1的基础上,通过减少或增加白色散斑的数量,研究了背景噪声较大的体系中白色散斑稀疏度对成像质量和关联计算时间的影响。实验结果表明,适当的增加白色散斑稀疏度可以增加光强波动的绝对振幅和相对振幅,提高计算鬼成像的成像质量,重构图像的衬噪比最高可以提高20.59%。此外,增加白色散斑稀疏度可以增加关联计算中矩阵的稀疏度,从而减少关联计算时间。该方法不需要对散斑进行复杂的处理,操作简单,在计算鬼成像的实际应用中具有重要的应用前景。