水下偏振鬼成像方法研究

论文摘要

海洋具有极为重要的政治、经济和军事意义,作为认识海洋、开发海洋以及利用海洋的重要手段和工具,水下目标探测在深海资源开发、海洋科研等方面有着重要意义。而光学探测技术作为常用的水下探测技术具有获取目标高分辨率、信息含量高、图像直观等优点。水体衰减和后向散射是制约水下光学探测距离的主要因素,导致探测图像质量降低。作为一种新型成像方式,鬼成像技术具有穿过光学散射媒体成像的能力,可以提高水下光学探测技术的探测距离和质量。论文开展了水下鬼成像研究。介绍了鬼成像和计算鬼成像的基本原理;研究了传统鬼成像重建算法和基于压缩感知的重建算法,并对两类算法进行了对比,结果表明基于压缩感知的重建算法结果远好于传统鬼成像重建算法。研究了后向散射对水下鬼成像的影响,通过理论和实验等分析手段指出在鬼成像中,后向散射光会叠加在物体信号上形成强烈的背景噪声,导致图像信噪比及对比度大大降低,严重时甚至会淹没信号,建立了水下鬼成像的正向模型;而后,根据后向散射光的保偏特性,提出利用两次正交偏振对后向散射光进行消除,建立了基于偏振的水下鬼成像模型,并给出了数学求解算法。根据水下偏振鬼成像原理,设计了水下偏振鬼成像实验方案,并搭建了水下偏振鬼成像实验平台。实验平台主要包括高速空间光调制器、投影系统、数据采集卡、光电倍增管、线偏振片及LED光源。基于Labview编写了实验平台控制软件,实现了空间光调制器与光电倍增管的同步工作。利用搭建的实验系统开展了水下偏振鬼成像实验,实验采集了 7种不同水体浑浊度下的实验数据,利用结构相似性(Structural Similarity,SSIM)标准对重构结果进行分析。实验结果表明,水下偏振鬼成像算法能够有效的抑制后向散射,使图像质量得到明显提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 水下光学探测技术研究现状
•     1.2.2 鬼成像技术研究现状
•   1.3 本文研究工作
•   1.4 本章小结
• 2 鬼成像原理
•   2.1 鬼成像基本原理
•   2.2 鬼成像重建算法
•     2.2.1 传统鬼成像重建算法
•     2.2.2 基于压缩感知的计算鬼成像重建算法
•     2.2.3 仿真分析
•   2.3 本章小结
• 3 基于偏振的鬼成像偏振算法研究
•   3.1 后向散射对水下鬼成像的影响
•     3.1.1 后向散射影响机制
•     3.1.2 实验分析
•     3.1.3 水下鬼成像数学模型
•   3.2 基于偏振的水下鬼成像模型
•   3.3 本章小结
• 4 水下偏振鬼成像实验方案
•   4.1 实验原理
•   4.2 整体实验方案
•   4.3 实验硬件介绍
•   4.4 本章小结
• 5 实验软件设计及实验结果分析
•   5.1 软件总体设计
•   5.2 软件整体流程
•   5.3 软件总体控制界面
•   5.4 水下偏振实验结果
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵美晶

导师: 赵明

关键词: 鬼成像原理,后向散射,重建算法,偏振成像

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 大连海事大学

基金: 国家自然科学基金项目“水下鬼成像技术研究”(No.61501077)

分类号: TP391.41;O431.2

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001538

总页数: 67

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