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抗大气湍流近红外计算鬼成像

宇航学报 2021年第9期42卷 1172-1177页

作者：杨照华陈香李明飞余远金北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航天控制仪器研究所北京100039 北京理工大学自动化学院北京100081

为解决大气湍流造成成像质量严重下降的问题,提出一种抗大气湍流近红外计算鬼成像方法。计算鬼成像利用调制光场和物光总光强进行强度关联来获取图像信息,调制光场是决定成像质量的一个关键。利用湍流随时间和空间变化,将其作为计算鬼... 详细信息

为解决大气湍流造成成像质量严重下降的问题,提出一种抗大气湍流近红外计算鬼成像方法。计算鬼成像利用调制光场和物光总光强进行强度关联来获取图像信息,调制光场是决定成像质量的一个关键。利用湍流随时间和空间变化,将其作为计算鬼成像中的随机调制光场,通过功率谱反演法模拟强、中、弱三种大气湍流引起的相位扰动影响,并加载到光传播链路中完成抗大气湍流近红外鬼成像仿真分析。利用近红外相机作为探测器搭建计算鬼成像实验系统,并进行外场实验对提出的方法进行实验验证。仿真和实验结果表明,仿真三种不同强度湍流情况和外场条件下均能重构出目标物体的像,仿真图像信噪比分别为19.4 dB、24.2 dB和64.58 dB,表明了计算关联成像在近红外波段抗大气湍流的有效性。该方法结构简单,易于实现,可为近红外抗大气湍流探测提供一种技术途径。

关键词：近红外探测计算鬼成像抗大气湍流功率谱反演

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基于卷积神经网络的计算鬼成像方法研究

光子学报 2020年第6期49卷 185-193页

作者：冯维赵晓冬吴贵铭叶忠辉赵大兴湖北工业大学机械工程学院武汉430068 现代制造质量工程湖北省重点实验室武汉430068

针对低采样下重构图像的成像质量和成像速度问题,提出一种基于卷积神经网络的计算鬼成像方法.首先,利用关联计算方法重建的一组训练集图像和相应的无损图像训练一个卷积神经网络;然后,将通过关联计算重建的测试集图像作为卷积神经网络... 详细信息

针对低采样下重构图像的成像质量和成像速度问题,提出一种基于卷积神经网络的计算鬼成像方法.首先,利用关联计算方法重建的一组训练集图像和相应的无损图像训练一个卷积神经网络;然后,将通过关联计算重建的测试集图像作为卷积神经网络的输入层,使其能够学习传感模型并最终能够预测出相应的图像;最后,将经卷积神经网络还原的图像分别与计算鬼成像和结合压缩感知算法重建的图像进行详细的对比实验分析.实验结果表明:本文方法在0.08采样率下能优质量地还原出被测物体的像,且成像质量均高于其他方法;同时,在不牺牲图像质量的条件下,执行程序所需的单张图像重建耗时约0.06s,极大地提高了图像重建的速度.分别通过数值模拟和光学实验,验证了本方法的有效性,对工程应用具有重要意义.

关键词：光学信息处理计算鬼成像卷积神经网络数字微镜器件散斑图

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基于计算鬼成像的双密钥光学加密方案

光学学报 2017年第1期37卷 122-129页

作者：曹非赵生妹南京邮电大学信号处理与传输研究院江苏南京210003

提出了一种基于计算鬼成像(CGI)的Toeplitz矩阵和轴向距离的双密钥光学加密方案。在该方案中,只需发送一个相位掩模密钥,就可以产生多种不同的随机散斑,大大减少了密钥的传输量;在接收端采用压缩感知技术进行解密。数值仿真和实验结果表... 详细信息

提出了一种基于计算鬼成像(CGI)的Toeplitz矩阵和轴向距离的双密钥光学加密方案。在该方案中,只需发送一个相位掩模密钥,就可以产生多种不同的随机散斑,大大减少了密钥的传输量;在接收端采用压缩感知技术进行解密。数值仿真和实验结果表明,密钥合法用户能完全恢复物体图像,而窃听者在窃听率即使达到60%的情况下,也不能获得图像的任何信息。双密钥的使用有效地提高了方案的安全性。

关键词：成像系统光学加密计算鬼成像双密钥 Toeplitz矩阵轴向距离压缩感知

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基于混合散斑图的压缩计算鬼成像方法研究

光学学报 2016年第9期36卷 91-97页

作者：周成黄贺艳刘兵宋立军长春大学理学院吉林长春130022 长春大学材料设计与量子模拟吉林省高校重点实验室吉林长春130022 长春理工大学理学院吉林长春130022

提出一种基于混合散斑图的压缩计算鬼成像方法。通过对不同分辨率尺度组成的复杂物体进行自动识别,检测出物体中较大和较小分辨率区域,根据识别区域生成由不同大小尺寸散斑组成的混合散斑图进行探测,结合压缩感知对恢复图像进行处理。... 详细信息

提出一种基于混合散斑图的压缩计算鬼成像方法。通过对不同分辨率尺度组成的复杂物体进行自动识别,检测出物体中较大和较小分辨率区域,根据识别区域生成由不同大小尺寸散斑组成的混合散斑图进行探测,结合压缩感知对恢复图像进行处理。通过理论分析和数值仿真发现,与传统计算鬼成像方法相比,该方法克服了散斑大小选取不适当对恢复图像质量的影响,显著提高了恢复图像的衬噪比和可见度,有效降低了均方误差。该方法在提高成像质量的同时减少采样时间,有利于进一步推动计算鬼成像技术的实用化。

关键词：成像系统计算鬼成像压缩感知混合散斑图衬噪比均方误差

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基于二值化计算鬼成像的盲水印方法

光子学报 2020年第2期49卷 179-187页

作者：袁胜王真周昕邴丕彬华北水利水电大学物理与电子学院郑州450046 四川大学电子信息学院成都610065

提出了一种基于二值化计算鬼成像的盲水印方法.首先将水印图像经计算关联成像加密系统加密,并将加密数据二值化,然后将其隐藏到宿主图像的离散余弦变换域,实现水印信息的嵌入.水印信息的提取和重建是隐藏和加密的逆过程,分别借助提取密... 详细信息

提出了一种基于二值化计算鬼成像的盲水印方法.首先将水印图像经计算关联成像加密系统加密,并将加密数据二值化,然后将其隐藏到宿主图像的离散余弦变换域,实现水印信息的嵌入.水印信息的提取和重建是隐藏和加密的逆过程,分别借助提取密钥和解密密钥获取水印信息.仿真实验证明,该方法具有很好的隐蔽性,在嵌入因子α=10时,嵌入水印仍具有较好的不可感知性,含水印图像的峰值信噪比在38 dB以上;另外,该方法也具有一定的容错能力,提取的加密数据错误率达20%时,重建的水印信息仍能分辨和识别;与传统的计算鬼成像相比,加密数据的二值化为水印嵌入提供了方便,但是并未对重建图像带来严重恶化,其相关系数相差不足0.1;水印信息的提取无需借助原始宿主图像,是一种盲提取方法.

关键词：光学信息安全光学加密盲水印计算鬼成像离散余弦变换

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基于区域分割的压缩计算鬼成像方法

激光与光电子学进展 2020年第10期57卷 259-265页

作者：冯维赵晓冬汤少靖赵大兴湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068 现代制造质量工程湖北省重点实验室湖北武汉430068

为了解决重构图像中局部微小区域的成像质量问题,提出一种基于区域分割的压缩计算鬼成像方法。先获取复杂物体表面粗略轮廓的感兴趣区域(ROI),同时运用阈值分割方法进行边缘检测以提取图像中不感兴趣区域(N-ROI),并根据识别区域生成相... 详细信息

为了解决重构图像中局部微小区域的成像质量问题,提出一种基于区域分割的压缩计算鬼成像方法。先获取复杂物体表面粗略轮廓的感兴趣区域(ROI),同时运用阈值分割方法进行边缘检测以提取图像中不感兴趣区域(N-ROI),并根据识别区域生成相应大小的随机散斑图;再结合压缩感知技术和二阶计算关联算法分别恢复分割的子图像,最后通过图像拼接技术对图像进行复原。实验结果表明,当采样3000次时,所提方法的峰值信噪比较传统计算鬼成像方法有超过9dB的提升,且比采样500次时增加了约49.57%。该方法可解决其他传统方法中图像局部微小区域成像质量较差的问题,不仅能够大大减少采样数和目标区域空间强度运算量,同时显著提高了图像微小局部区域的成像质量,为关联成像方式提供了一种新的方案。

关键词：成像系统计算鬼成像关联成像压缩感知区域分割散斑图

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光子计数计算鬼成像

激光与光电子学进展 2021年第10期58卷 306-313页

作者：李明飞袁梓豪刘院省邓意成北京航天控制仪器研究所北京100039 中国航天科技集团有限公司量子工程研究中心北京100094

为实现远距离、高灵敏的三维成像,开展了光子计数计算鬼成像研究。通过振幅型空间光调制器,实现了基于离散余弦变换矩阵和Walsh变换矩阵作为测量基的结构光照明,采用单光子探测技术实现了700m距离、高灵敏的三维成像。对比研究了快速傅... 详细信息

为实现远距离、高灵敏的三维成像,开展了光子计数计算鬼成像研究。通过振幅型空间光调制器,实现了基于离散余弦变换矩阵和Walsh变换矩阵作为测量基的结构光照明,采用单光子探测技术实现了700m距离、高灵敏的三维成像。对比研究了快速傅里叶变换算法和迭代优化算法的重建结果。研究表明,相同采样率时,离散余弦测量基作为观测矩阵时重建图像的误差比Walsh观测矩阵小,但Walsh观测矩阵重建图像的分辨率更高。计算鬼成像分辨率理论上不受接收镜头術射极限限制,但实际受接收镜头集光效率、单光子探测器计数率、积分时间等影响,本文搭建的实验系统实现了成像分辨率达到接收镜头瑞利衍射极限分辨率2倍的成像结果。光子计数计算鬼成像无需转台或扫描镜等移动部件,具有弱光条件下凝视远距离目标并进行三维成像的能力。研究方法对基于光子计数的单像素成像技术和计算鬼成像技术研究具有一定参考价值。

关键词：成像系统光子计数计算鬼成像单像素成像单光子

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影响计算鬼成像质量的两种关键技术

激光与光电子学进展 2021年第18期58卷 243-257页

作者：高荣科严露沙徐陈祥李德奎郭忠义合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009

计算成像是一种不仅依赖于光学物理器件,还依赖于光学调制和重构算法的成像技术,为突破传统成像系统在时空分辨率和探测灵敏度方面的限制提供了新的思路。计算鬼成像(CGI)作为计算成像领域发展最迅速的分支之一,近些年被广泛应用于单像... 详细信息

计算成像是一种不仅依赖于光学物理器件,还依赖于光学调制和重构算法的成像技术,为突破传统成像系统在时空分辨率和探测灵敏度方面的限制提供了新的思路。计算鬼成像(CGI)作为计算成像领域发展最迅速的分支之一,近些年被广泛应用于单像素成像、超分辨率成像、生物医学、信息加密、激光雷达以及湍流环境下的信息传输等领域。本文综述了影响CGI质量的两大关键技术——照明图案构造方法与图像重构算法的研究进展,主要介绍了随机矩阵、有序Hadamard矩阵、正交变换类矩阵的构造方法,并且讨论了在传统关联重构算法和新型深度学习重构算法下,各种照明图案的成像性能。最后,对照明图案构造方法及重构算法进行了总结,并对CGI技术发展前景进行了展望。

关键词：成像系统计算鬼成像照明图案重构算法成像质量

基于特殊RGB排列的彩色LED阵列计算鬼成像

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激光与光电子学进展 2021年第10期58卷 299-305页

作者：黄宏旭李立京孙鸣捷北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

图像的低质量--直是制约计算鬼成像(CGI)技术应用的重要问题,因此,针对CGI系统的彩色发光二极管(LED)阵列设计了-种特殊的RGB(Red,Green,Blue)排列方式。首先,自主开发了一个64×64的彩色LED阵列为CGI系统提供结构照明;然后,将LED阵列... 详细信息

图像的低质量--直是制约计算鬼成像(CGI)技术应用的重要问题,因此,针对CGI系统的彩色发光二极管(LED)阵列设计了-种特殊的RGB(Red,Green,Blue)排列方式。首先,自主开发了一个64×64的彩色LED阵列为CGI系统提供结构照明;然后,将LED阵列上的芯片按设计的篮织排列方式进行排列;最后,考虑到彩色LED阵列的物理结构,提出了一种针对采样图像的插值算法。实验结果表明,相比笛卡儿采样方式,篮织采样方式的均方根误差(RMSE)降低了4.6%,在存储彩色图像高频信息方面的性能更好。相比双线性插值算法和双三次插值算法,本算法的平均RMSE分别降低了2.0%和6.4%。

关键词：图像处理计算鬼成像篮织排列笛卡儿排列插值算法