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激光与红外 2015年第4期45卷 359-363页

作者：韩星星西安交通大学城市学院陕西西安710018

首先在分步傅里叶算法中引入了时变相位屏,模拟了真空中漫射平面激光回波动态散斑场,统计计算了真空散斑场的空间和时间相关函数,分析了目标运动速度和发射波束半径对散斑相关特性的影响。然后根据冻结场理论,模拟了湍流大气中激光波束... 详细信息

首先在分步傅里叶算法中引入了时变相位屏,模拟了真空中漫射平面激光回波动态散斑场,统计计算了真空散斑场的空间和时间相关函数,分析了目标运动速度和发射波束半径对散斑相关特性的影响。然后根据冻结场理论,模拟了湍流大气中激光波束照射漫射面的回波动态散斑场,分析了风速对散斑特性的影响。结果表明,相关长度由目标上的光斑尺寸决定,光斑越大,接收面上的散斑越小。而相关时间不仅受目标平面上的光斑尺寸影响,还受目标平面上的光场相位影响,光场相位随着位置的变化越快,相关时间就越短。

关键词：大气光学散斑模拟分步傅里叶算法相关函数

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二维数字图像相关加速方法与GPU高速实现

二维数字图像相关加速方法与GPU高速实现

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作者：席涛中国科学技术大学

学位级别：硕士

数字图像相关方法在试件位移场的测量过程中,由于具有非接触、全场、精度高、易于自动化实现、对环境要求低等优点,因此被广泛应用于工程现场测量。而随着当前材料及力学研究需要,实现数字图像相关方法的实时性成为了迫切需求。但是由... 详细信息

数字图像相关方法在试件位移场的测量过程中,由于具有非接触、全场、精度高、易于自动化实现、对环境要求低等优点,因此被广泛应用于工程现场测量。而随着当前材料及力学研究需要,实现数字图像相关方法的实时性成为了迫切需求。但是由于该方法在数据处理过程中计算量巨大,用传统的CPU处理数据已经很难满足实际需求。因此,利用GPU编程提升数字图像相关方法处理速度成为了研究的热点。本文以GPU编程为基础,研究了其在数字图像相关方法应用中的具体问题,并在以下几个方面取得了一定成果：(1)详细讨论了GPU编程过程中,各种参数对程序效率的影响,对GPU程序优化提供了借鉴意义;(2)比较了牛顿拉普逊法和反向合成牛顿高斯法在GPU和CPU编程模式下的加速比,结果表明在不同的编程模式下,两者的加速比并不相同;(3)提出了一种新的散斑图颗粒位置确定方法。该方法通过GPU编程实现,相对于原来串行的散斑图模拟方法,速度能够提高140倍;(4)针对试件发生连续大变形的情况,提出了一种基于时序变形预测的种子点搜索方法,解决了用GPU编程实现数字图像相关方法中,最为困难的变形初值确定问题;(5)提出了一种新的亚像素求解方法。和原来利用空间信息来获得试件的亚像素位移不同,这里通过时间轴上的变形规律,通过整像素位移来拟合求解亚像素位移,其能够在保持精度的情况下,大幅度提高计算效率。

关键词：数字图像相关 GPU编程散斑模拟初值估计亚像素拟合

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弱散斑的形成与解译方法研究

弱散斑的形成与解译方法研究

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作者：刘若玉西安电子科技大学

学位级别：硕士

当成像过程中存在云雾、烟尘和浑浊水体等散射介质时,光波会因散射作用向四周发散,导致目标信息大量丢失甚至完全淹没在背景中,此时利用弹道光成像的传统成像方式效率大幅下降。为解决这一问题,科研人员在研究了直方图均衡化、同态滤波... 详细信息

当成像过程中存在云雾、烟尘和浑浊水体等散射介质时,光波会因散射作用向四周发散,导致目标信息大量丢失甚至完全淹没在背景中,此时利用弹道光成像的传统成像方式效率大幅下降。为解决这一问题,科研人员在研究了直方图均衡化、同态滤波、暗通道先验等多种图像增强方式后,开始转换策略从散射光中提取目标信息。近年来,发展了一系列利用散射光进行目标重建的散射成像方法,但是这些方法的实现几乎都是在非常理想的场景中完成,即实验过程利用毛玻璃模拟静态均匀的散射介质,获取到信息量丰富的高质量散斑。然而在现实场景中由于存在不均匀且快速运动的动态散射介质,只能采集到目标信息量少、对比度低的弱散斑,导致主流的散射成像方法不能快速高效地解译出弱散斑中隐藏的目标信息。本文依据散斑相关成像理论,重点研究透过不同散射介质弱散斑的信息解译问题。本文的研究提出了弱散斑的概念、边界条件及信息解译方法,有望推动散射成像技术从实验室环境到实际应用的发展。本文具体研究内容如下:(1)弱散斑的形成机理:从宏观和微观角度探讨了散射介质对图像质量的影响和光与散射粒子之间的相互作用,利用蒙特卡洛方法模拟了光波在散射介质中的能量传输和散斑形成过程,研究了散射粒子特性变化对散射介质和能量传输的影响,探索了散射介质平均自由程变化对光学记忆效应范围的影响。(2)弱散斑的边界条件:从光学散斑形成原理出发,介绍了散射介质的光学记忆效应及其影响因素。探讨了基于光学记忆效应的散斑成像技术和相位恢复算法,并透过静态散射介质复现了该技术。从能量、对比度和散射介质光学厚度三个物理维度研究了散斑的退化过程,通过分析散斑相关技术关于退化散斑的目标重建结果,确定了弱散斑的成像边界:能量边界为0.08m W,对比度边界为24618,散射介质光学厚度边界为1.65。(3)弱散斑信息的提取与解译:针对弱散斑能量少、对比度低、相关性差难以提取到有效信息的问题,本文结合对比度增强算法对散斑相关技术进行了改进,提出新的目标重建技术拓展了传统散斑相关技术在弱散斑上的成像边界,提高了弱散斑的信息解译程度。通过实验验证,该方法能够有效增强散斑相关技术在弱散斑上的目标重建能力:能量边界从0.08m W降低至0.04m W,对比度边界从24618降低至20258。针对透过动态散射介质成像问题,利用基于浴帘效应的散斑相关技术对目标进行重建,成功将弱散斑在散射介质光学厚度维度上的成像边界从1.65提高至9.4。

关键词：弱散斑散斑模拟散斑退化信息解译

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超声模拟成像技术及其评价指标的研究

超声模拟成像技术及其评价指标的研究

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作者：陈露兰武汉大学

学位级别：硕士

超声成像因具有没有辐射、费用相对较低等优势,成为医院主流的诊断工具之一,备受患者以及医务人员的肯定。而其中声束回波相干积累得到的干涉图样,也就是超声图像中的散斑噪声,其影响着超声图像的质量。因此不同的去噪算法接憧而至,而... 详细信息

超声成像因具有没有辐射、费用相对较低等优势,成为医院主流的诊断工具之一,备受患者以及医务人员的肯定。而其中声束回波相干积累得到的干涉图样,也就是超声图像中的散斑噪声,其影响着超声图像的质量。因此不同的去噪算法接憧而至,而为了评估各种去噪算法的性能并且保证性能度量的有效性,超声成像的模拟则成为一个重点也是难点。本文在合成超声图像的过程中,针对于不同类型的散斑噪声进行模拟技术的研究,首先对于完全发育斑点噪声(fully developed speckle),以模拟算法中最为成熟的Burckhardt散斑形成模型为基础,结合插值算法的改进,将超声扇形采样的合成图像的信噪比(SNR)提高了0.7232,同时结合双线性插值的提前插入,大幅度去除后期采样造成的几何图像边缘的奇异点。本文还依据不完全发育散斑噪声形成的原理提出一种新的模拟算法,其能够有效地模拟不完全发育斑点噪声类型的超声图像。本文还提出了一种新的关于超声图像模拟效果的评价方法,该方法是先将LM(Levenberg-Marquardt)算法运用到相似区域的灰度值直方图的分布拟合过程中,并且通过KS检验(Kolmogorov-Smirnov tests)、AD检验(Anderson-Darling tests)、卡方检验(ChiSquared tests)三种评价方法对拟合的程度进行评价,通过某种超声图像理论上本应具有的特定分布以及最后得出的显著性水平进行拟合效果的评判。通过实验结果表明,本文模拟的两种类型的超声图像在理论上和视觉上都非常接近真实的超声图像。

关键词：超声图像模拟散斑模拟双线性插值分布拟合

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一种改进的模拟超声图像算法的实现

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信息技术 2019年第8期43卷 58-61页

作者：陈露兰孙尽尧武汉大学物理科学与技术学院

为了评估各种去噪算法的性能,给理想无噪声图像添加可控噪声则成为一个重点也是难点。在合成超声图像的过程中,对模拟算法中最为成熟的Burckhardt散斑形成模型进行改进,同时结合双线性插值将一个理想的无噪声几何图像模拟成超声图像。... 详细信息

为了评估各种去噪算法的性能,给理想无噪声图像添加可控噪声则成为一个重点也是难点。在合成超声图像的过程中,对模拟算法中最为成熟的Burckhardt散斑形成模型进行改进,同时结合双线性插值将一个理想的无噪声几何图像模拟成超声图像。通过双线性插值的提前加入去除后期采样造成的几何图像边缘的奇异点,使得模拟而成的图像在视觉和理论上都非常接近真实的超声波图。

关键词：合成图像散斑模拟奇异点双线性插值

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