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不同路径下散射介质对计算关联成像的影响

光学学报 2016年第10期36卷 437-445页

作者：刘保磊杨照华曲少凡张艾昕吴令安北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190

物体和探测器中间存在的散射介质会对传统光学成像造成严重影响,计算关联成像是能够降低散射影响的有效方法之一。本文分析了光源发射路径和接收路径存在的散射介质,建立了存在散射介质的计算关联成像(CGI)模型,对比分析了不同路径段的... 详细信息

物体和探测器中间存在的散射介质会对传统光学成像造成严重影响,计算关联成像是能够降低散射影响的有效方法之一。本文分析了光源发射路径和接收路径存在的散射介质,建立了存在散射介质的计算关联成像(CGI)模型,对比分析了不同路径段的散射介质对CGI和传统直接成像(TDI)的影响。从理论分析得出,CGI中发射路径的散射介质会引起重建图像质量的衰减,而接收路径中的散射介质几乎不会影响最终的成像结果。实验分析证实,CGI可以降低散射光对成像造成的干扰。实验结果表明,在发射路径和接收路径同时存在散射干扰时,CGI和TDI的衬噪比分别为2.98和2.72。CGI能够降低云、烟、雾或生物组织等介质的散射干扰。

关键词：成像系统散射介质成像计算关联成像空间光调制器

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烟幕环境下计算关联成像

激光与光电子学进展 2021年第10期58卷 325-333页

作者：胡洋頔程正东曾波杨勇国防科技大学电子对抗学院脉冲激光技术国家重点实验室安徽合肥230037 中国人民解放军32256部队广西桂林541000

理论证明探测光路经散射介质的散射与吸收对计算关联成像造成的影响可以近似等效为乘性噪声而被消除,使用蒙特卡罗方法建立烟幕介质的点光源脉冲响应函数模型,分析了不同状态的烟幕对成像的影响,讨论了穿透烟幕成像的可行性。结果表明,... 详细信息

理论证明探测光路经散射介质的散射与吸收对计算关联成像造成的影响可以近似等效为乘性噪声而被消除,使用蒙特卡罗方法建立烟幕介质的点光源脉冲响应函数模型,分析了不同状态的烟幕对成像的影响,讨论了穿透烟幕成像的可行性。结果表明,当固有噪声Ni=0时,可忽略散射介质对成像结果的影响。最后,总结了计算关联成像技术穿透烟幕成像性能的适用范围,这为计算关联成像应用提供了一定的参考。

关键词：成像系统计算关联成像烟幕散射蒙特卡罗脉冲响应

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基于追踪补偿的运动物体计算关联成像方法

光学技术 2019年第3期45卷 343-347页

作者：宋政言杨照华余远金陈香山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京科技大学机械工程学院北京100191

计算关联成像是利用成像物体的反射或透射信号与结构化的参考光进行多次关联成像,具有了灵敏度高、抗干扰能力强等优点。当物体和计算关联成像系统存在相对运动时,在成像过程中物体的反射或透射信号与参考光的光场涨落失去关联性,进而... 详细信息

计算关联成像是利用成像物体的反射或透射信号与结构化的参考光进行多次关联成像,具有了灵敏度高、抗干扰能力强等优点。当物体和计算关联成像系统存在相对运动时,在成像过程中物体的反射或透射信号与参考光的光场涨落失去关联性,进而会产生运动模糊。从二阶关联函数的角度推导了运动成像导致模糊的原因以及追踪补偿原理;恢复计算关联成像系统中参考光和桶探测器收集的光强值的关联性,实现了计算关联成像中的追踪补偿策略;计算机仿真解释了计算关联成像光路中对物体平移干扰进行补偿的策略,证实了该追踪补偿方法对运动物体成像的有效性,克服了物体与成像系统之间的相对运动引起的成像质量下降。方法为关联成像对运动物体的识别、跟踪、遥感和实时在线成像提供了技术手段。

关键词：计算关联成像运动物体追踪补偿

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去模糊计算关联成像测量矩阵的设计与优化

去模糊计算关联成像测量矩阵的设计与优化

作者：李璐西北大学

学位级别：硕士

计算关联成像作为一种新型的成像方式,具有传统成像不具备的抗干扰性强的特点,近年来在水下成像、遥感成像中发挥着其独特的作用。在散射介质下的计算关联成像中,如水下计算关联成像,测量矩阵对成像效率和成像结果的质量都至关重要。本... 详细信息

计算关联成像作为一种新型的成像方式,具有传统成像不具备的抗干扰性强的特点,近年来在水下成像、遥感成像中发挥着其独特的作用。在散射介质下的计算关联成像中,如水下计算关联成像,测量矩阵对成像效率和成像结果的质量都至关重要。本文围绕存在散射介质的不同测量矩阵计算关联成像进行了研究,主要工作内容如下:1.通过比较散射介质中计算关联成像应用的不同的测量矩阵,研究了应用不同测量矩阵的成像速度和成像质量。通过选择最优化结构光测量矩阵方案,大大降低了计算关联成像中数据存储和计算的难度,提高了相应的成像效率,从而提高散射介质中计算关联成像的成像效果。2.提出一种散射介质中进行计算关联成像的模拟方案。通过对常见图像退化原因与实验成像结果进行理论分析,选取了高斯模糊模拟仿真在不同测量矩阵下的计算关联成像结果,极大方便了散射介质量化后对不同测量矩阵结果分析比较,从而进行优化设计。3.提出散射介质中计算关联成像的去模糊影响的方案。对散射介质计算关联成像的噪声成因进行分析,从多角度入手,在发射路径对测量矩阵进行优化设计,同时对成像结果中由于散射介质形成的模糊用生成对抗网络进行去除并取得了良好效果。本研究在散射介质、测量矩阵与计算关联成像的理论基础上,选择了部分哈达玛矩阵作为测量矩阵,在发射路径使用高斯模糊进行散射介质的模拟,设计了合理的散射介质的计算关联成像模型,极大地方便了散射介质下计算关联成像的仿真实验。同时研究了散射介质下的计算关联成像的优化,进一步提高了散射介质下计算关联成像的成像效果。

关键词：计算关联成像测量矩阵部分哈达玛矩阵散射介质高斯模糊

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基于计算关联成像的信息隐藏技术研究

基于计算关联成像的信息隐藏技术研究

作者：王真华北水利水电大学

学位级别：硕士

随着网络的日益发展,传统信息安全技术的不足日渐突出,个人隐私信息的安全保护和重要数据的安全传输需求,给信息技术带来了巨大的挑战。为了应对数字图像在传输过程中的恶意攻击和监听窃取风险,如何保护信息安全成为了凾待解决的问题。... 详细信息

随着网络的日益发展,传统信息安全技术的不足日渐突出,个人隐私信息的安全保护和重要数据的安全传输需求,给信息技术带来了巨大的挑战。为了应对数字图像在传输过程中的恶意攻击和监听窃取风险,如何保护信息安全成为了凾待解决的问题。近年来,基于光学理论和方法的信息加密技术因其快速并行数据处理能力、多维度、大容量、高鲁棒性、大密钥空间等独特优势成为了研究热点。关联成像技术的提出,使光学信息加密技术实现重要突破。但是经过后续研究发现,计算关联成像（Computational Correlated Imaging,CCI）加密系统为线性系统,仅使用线性系统进行加密无法抵御明文攻击,因此基于计算关联成像的加密方案可能存在一定的安全风险。为了解决此风险,可以隐藏通信双方之间的数据传输行为,使得信息能够进行安全传输。基于以上问题本文前后提出了两种基于计算关联成像的信息隐藏方案。（1）基于二值化关联成像的离散余弦变换（Discrete Cosine Transform,DCT）信息隐藏方案。首先将加密图像经计算关联成像系统加密,并将加密数据二值化,然后将其嵌入到宿主图像的离散余弦变换域,实现加密信息的隐藏。仿真实验证明,该方法具有很好的隐蔽性和一定的容错能力,且加密信息的提取无需借助原始宿主图像,是一种盲提取方法。（2）基于二值化关联成像的离散小波变换（Discrete Wavelet Transform,DWT）信息隐藏方法。首先由关联成像系统将原始图像加密,然后将密文二值化并嵌入到宿主图像的小波系数中。该方案对于密文具有良好的不可见性,加密密钥由Logistic映射生成,从而大大减少了需传输的密钥量。另外,混沌密钥用于加密和数据嵌入的阶段,通过两级密钥保证了加密图像的安全。数值仿真实验表明,密文的二值化处理不会对重构的加密图像造成严重的失真。且该技术在一定程度上可以抵抗多种恶意攻击,具有较好的鲁棒性。本文通过对比分析两种方案的性能指标,仿真实验表明两种方案均能获得较好的隐藏效果,且系统均具有较高的安全性以及鲁棒性。在隐藏容量的性能方面,DWT的信息隐藏方案要优于DCT的信息隐藏方案。

关键词：光学信息安全图像加密信息隐藏计算关联成像 DCT DWT

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反馈式计算关联成像

反馈式计算关联成像

作者：孙帅国防科学技术大学

学位级别：硕士

近年来,关联成像受到了人们越来越广泛的关注。在关联成像系统中,具有空间关联的两束光作为光源,其中一束和物体作用并被一个点探测器收集,另一束自由传播一段距离后的光强分布也被记录下来,物体的像可以通过这两个探测器信号的关联获... 详细信息

近年来,关联成像受到了人们越来越广泛的关注。在关联成像系统中,具有空间关联的两束光作为光源,其中一束和物体作用并被一个点探测器收集,另一束自由传播一段距离后的光强分布也被记录下来,物体的像可以通过这两个探测器信号的关联获得。用纠缠源或(赝)热光源都可以实现关联成像。大功率(赝)热光源更容易获得,因此(赝)热光关联成像更有应用价值,受到了更多的关注。现今,热光或赝热光关联成像要获得高质量的图像仍需要大量的采样,如何减小关联成像在存储和运算时间上的资源消耗已经成为亟待解决的问题,人们对这一问题做了很多工作。本文也针对这一问题展开研究。主要研究内容有:(1)测试了空间光调制器的调制特性曲线,在此基础上实现了计算关联成像。并更进一步地实现了用空间光调制器来控制赝热光场的视场和横向相干长度。(2)提出一种反馈式的计算关联成像方案:先用横向相干长度大的散斑场照射整个场景,获得粗糙的图像之后,找到目标的位置。再将散斑场的视场汇集到物体周围,同时缩小散斑场的横向相干长度,来重构物体更清晰的像。以上步骤不断重复,直到物体像的分辨率和物体的尺寸相匹配或达到系统能力的极限。实验结果表明,与不加反馈的传统关联成像相比,我们的方案可以提高成像质量,减小数据量和缩短数据运算时间。

关键词：关联成像鬼成像反馈计算关联成像

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烟幕环境下计算关联成像研究

烟幕环境下计算关联成像研究

作者：胡洋頔国防科技大学

学位级别：硕士

散射效应是制约成像技术发展的关键瓶颈之一,计算关联成像（Computational ghost imaging,CGI）技术在散射成像中具有独特的优势,但该技术透烟幕成像的相关研究较少,且该技术在目前研究水平下尚处于实验室阶段,存在成像速度慢、成像质... 详细信息

散射效应是制约成像技术发展的关键瓶颈之一,计算关联成像（Computational ghost imaging,CGI）技术在散射成像中具有独特的优势,但该技术透烟幕成像的相关研究较少,且该技术在目前研究水平下尚处于实验室阶段,存在成像速度慢、成像质量不佳的问题。因此,本文以CGI技术为基础,开展烟幕环境下CGI的仿真与实验研究,主要工作内容如下:（1）建立烟幕环境的模型。首先,利用矩阵理论证明烟幕环境对CGI技术的影响,并解释前人实验结果。然后,对烟幕环境下的光波传输过程以蒙特卡洛方法进行模拟,最后得到不同类型烟幕环境的点扩散函数。（2）烟幕环境下的CGI算法优选。首先对烟幕环境进行系统分析,将烟幕环境分为稳态均匀型烟幕、稳态非均匀型烟幕和非稳态烟幕三种类型。然后对差分关联成像（Differential Ghost Imaging,DGI）、基于全变分正则化的重建算法（Total variation Augmented Lagrangian Alternating Direction Algorithm,TVAL3）与傅里叶单像素成像（Fourier Single-Pixel Imaging,FSI）算法在上述三种环境中进行对比,结果表明,FSI算法性能优于其他算法。（3）搭建CGI实验平台。介绍实验关键器件的工作原理与各项参数,并与同类器件对比,阐述各器件优缺点,详细分析与说明搭建过程中易出现的问题。（4）非稳态烟幕环境下改进FSI算法。由于在非稳态的烟幕环境下,光强测量值发生畸变导致成像降质,因此通过标记帧方法记录烟幕浓度变化,再将光强逐点补偿并矫正可得到近似常规环境中的FSI。实验结果表明,使用逐点补偿方法的FSI可以有效提高成像质量。（5）基于深度学习方法改进非稳态烟幕环境下的FSI。通常情况下,经过逐点补偿方法改进的FSI成像与标准图像在频域中存在误差,为实现快速成像与改善质量的目的,提出Artefact Elimination GAN（AEGAN）模型减少欠采样FSI的振铃伪影并丰富逼真的细节,具体地,使用频域加噪方式生成训练数据集,再利用AEGAN学习降质图像与标准图像之间的映射关系,最后将FSI结果输入AEGAN实现重构,达到了95%-98%的压缩率,与其他方法相比具有明显的优势。

关键词：烟幕蒙特卡洛散射成像计算关联成像傅里叶单像素成像深度学习

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基于飞行时间相机的计算关联成像

基于飞行时间相机的计算关联成像

作者：王天龙辽宁大学

学位级别：硕士

随着科技的不断发展,激光测距技术将变得更加高效、便捷和广泛,它已经被广泛的应用在医学、工程、电子游戏、三维成像等领域中。飞行时间相机是一款三维的成像设备,拥有体积较小、抗干扰能力好、图像数据快速传输等优势。飞行时间相机... 详细信息

随着科技的不断发展,激光测距技术将变得更加高效、便捷和广泛,它已经被广泛的应用在医学、工程、电子游戏、三维成像等领域中。飞行时间相机是一款三维的成像设备,拥有体积较小、抗干扰能力好、图像数据快速传输等优势。飞行时间相机不但可以获取目标物体的光场强度数据,而且还可以有效的获取目标物体的深度数据,能够定量分析与成像目标之间的距离。但是,由于多径干扰和混合像素在使用过程中不可避免的会带来噪声,与传统传感器相比,它通常具有较低的分辨率和信噪比。同样在具有散射介质的环境中使用时,物体的信息被多次散射,飞行时间相机难以获得有效的物体信息。为了解决这些问题,我们提出了将飞行时间相机与计算关联成像理论结合的方案。1.本文使用飞行时间相机作为桶探测器进行了计算关联成像实验,其中不仅可以像往常一样在传统的计算关联成像框架中使用飞行时间相机接受的光学强度信息,而且可以在计算关联成像框架中使用深度信息。研究发现,使用相机的强度图可以获得正图像,而使用深度图可以获得负图像,利用重建算法包括计算关联成像算法、压缩感知算法和未经训练的深度学习算法对待测物体的像进行重建。利用相机获得的原始图像与使用重建算法获得的图像对比,在欠采样条件下,与原始相机获得的图像相比,利用重建算法可以获得更高的峰值信噪比。尤其是当采样率为6.25%时,本文提出方案的峰值信噪比是是原始图像的1-1.48倍,而且该方案对相机的强度图和深度图的图像质量均有明显的改善。2.此外,根据计算关联成像具有较强的抗干扰能力,能够很好的抵抗大气湍流和散射介质对成像质量的影响等优点。当飞行时间相机在具有散射介质的环境中失败时,将我们提出的方案应用于相机透过散射介质成像。通过重建算法可以发现,对比于原始透过散射介质的图像,重构图像的噪声和对比度均有明显的改善。这一实验演示为飞行时间相机在具有散射介质的环境中的潜在应用提供了可能性。

关键词：飞行时间计算关联成像散射介质压缩感知深度学习

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基于Gold矩阵的计算关联成像研究

吉林工程技术师范学院学报 2020年第3期36卷 90-93页

作者：赵希炜周成王雪宋立军长春大学吉林长春130022 吉林工程技术师范学院吉林长春130052 吉林省量子信息技术工程实验室吉林长春130052

测量矩阵是决定计算关联成像图像重构质量和成像速度的重要因素之一。本文提出一种新的测量矩阵优化构造方法,利用伪随机序列生成Gold矩阵,该矩阵同时具有Random矩阵的随机性和Hadamard矩阵的确定性。数值模拟和实验结果表明:在满采样... 详细信息

测量矩阵是决定计算关联成像图像重构质量和成像速度的重要因素之一。本文提出一种新的测量矩阵优化构造方法,利用伪随机序列生成Gold矩阵,该矩阵同时具有Random矩阵的随机性和Hadamard矩阵的确定性。数值模拟和实验结果表明:在满采样条件下,Gold矩阵和Hadamard矩阵均能够实现完美的重构图像;在欠采样条件下,Gold矩阵重构图像质量明显优于Random矩阵和Hadamard矩阵。

关键词：计算关联成像 Gold矩阵 Hadamard矩阵特征矩阵