改善赝热光源鬼成像重构质量的关键技术研究

论文摘要

关联成像又称为鬼成像,因其非定域成像、无透镜成像以及抗湍流干扰等特点成为近年来量子成像和经典光学成像领域中的研究热点。与传统成像相比,鬼成像可以通过两束光的二阶关联性来获取物体信息,在某些鬼成像实例中,甚至可以仅通过一个无空间分辨能力的桶探测器实现对被测物体信息的获取。因此,鬼成像在遥感、国防、生物医学、光学信息加密等领域中得到了广泛的关注。然而,低信噪比以及庞大的测量次数依然是制约当今鬼成像技术走向实用化所面临的亟需解决的关键问题。针对这些问题,本文从提高鬼成像信噪比、降低测量次数方面出发,提出了改善鬼成像重建质量的切实可行的研究方案,并通过数学建模、仿真模拟和实验验证的方法证实了本文提出方案的可行性和有效性。本文的主要研究内容及创新点如下:1.提出一种基于自适应阈值方法的鬼成像降噪方案。在不需要目标先验知识的前提下,采用自适应阈值迭代算法,找到与鬼成像中相关噪声逼近的阈值,并通过计算得到的阈值,完成鬼成像中噪声干扰项的构造。此外,对于二值物体图像,可以使用自适应阈值方法对其进行二值化,降低图像背景噪声对迭代性能的影响。最后从仿真与实验两个方面,证明了该方法的降噪性能,并与现有鬼成像方法的重建结果进行对比,验证所提出的方法在人眼主观视觉和图像客观峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio,PSNR）参数上的优势。为抑制鬼成像中相关噪声以及改善鬼成像质量提供了一个新颖的技术方案。2.提出一种基于掩模（Mask）降噪的鬼成像方案。首先,分析了标量矩阵用于鬼成像目标重建的优缺点,并采用自适应迭代阈值方法对该方法进行优化。然后,在采用性能更好的最大类间方差法和形态学膨胀的方法设计抑制鬼成像中相关噪声的掩模,并通过掩模有效的去除相关噪声。最后,通过仿真以及实验证明了该方法对提高鬼成像重建质量的优势。为有效改善鬼成像的目标重建质量以及降低测量次数提供了新的解决办法。3.提出一种基于模糊C-均值（Fuzzy C-means,FCM）聚类算法改善鬼成像质量方案。通过分析光强平均值对鬼成像可见度的影响,采用FCM聚类方法对不同测量次数下参考光路的总强度值以及桶强度值进行统计和分类。根据聚类结果选择相应的部分散斑图案以及桶强度值对物体的信息进行重建。通过仿真以及实验证明,采用FCM聚类方法对测量数据进行分类,可以在降低测量数据的前提下,实现对鬼成像质量的有效提高。为鬼成像测量数据的选取提供了新的思路和技术手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题的研究背景以及意义
•   1.2 鬼成像发展概述
•   1.3 鬼成像技术的研究现状
•   1.4 论文主要创新内容以及具体结构安排
• 第2章 鬼成像系统及相关理论研究
•   2.1 纠缠光源鬼成像
•   2.2 赝热光源鬼成像
•     2.2.1 赝热光源的产生机理
•     2.2.2 赝热光源鬼成像系统及相关理论
•   2.3 真热光源实现鬼成像
•     2.3.1 空心阴极灯实现鬼成像
•     2.3.2 太阳光实现鬼成像
•   2.4 计算鬼成像原理
•   2.5 三维鬼成像
•   2.6 X射线实现鬼成像
•   2.7 本章小结
• 第3章 基于自适应阈值方法实现迭代降噪鬼成像
•   3.1 鬼成像重构算法研究
•     3.1.1 传统鬼成像重构方法
•     3.1.2 差分鬼成像重构方法
•     3.1.3 归一化鬼成像重构方法
•     3.1.4 迭代降噪鬼成像重构方法
•     3.1.5 伪逆鬼成像重构方法
•   3.2 鬼成像重建算法的性能分析
•   3.3 基于自适应阈值方法实现迭代降噪鬼成像
•   3.4 数值仿真以及实验结果分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 基于掩模降噪鬼成像的实现及性能评估
•   4.1 标量矩阵构建鬼成像技术
•   4.2 迭代阈值改善鬼成像质量的方案
•     4.2.1 迭代阈值鬼成像的实现原理
•     4.2.2 迭代阈值鬼成像的性能验证及结果分析
•   4.3 掩模降噪鬼成像方案
•     4.3.1 掩模的概念
•     4.3.2 掩模降噪鬼成像的实现原理
•     4.3.3 掩模降噪鬼成像的仿真结果及分析
•     4.3.4 掩模降噪鬼成像的实验结果及分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 模糊C-均值聚类算法在鬼成像中的应用
•   5.1 基于赝热光源的鬼成像可见度分析
•   5.2 对应鬼成像原理
•   5.3 压缩感知鬼成像
•     5.3.1 压缩感知基本原理
•     5.3.2 信号的稀疏表示
•     5.3.3 压缩感知正交匹配追踪算法
•     5.3.4 不同稀疏表示方法对压缩感知鬼成像质量的影响
•   5.4 基于FCM方法改善鬼成像质量的方案
•     5.4.1 FCM聚类算法基本原理
•     5.4.2 基于FCM鬼成像的方案设计
•     5.4.3 基于FCM鬼成像的仿真以及实验结果分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 论文主要研究内容及创新点
•   6.2 未来工作内容展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 周阳

导师: 郭树旭

关键词: 鬼成像,自适应阈值,迭代降噪,掩模降噪,模糊均值聚类

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 吉林大学

分类号: O431.2

DOI: 10.27162/d.cnki.gjlin.2019.000306

总页数: 137

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