探测信号叠加基础上扫式压缩多光谱关联成像研究（光学论文） ㊣ 精品文档 值得下载

探测信号产生混叠导致探测信噪比降低由于该系统为局域空间平移不变系统，位于不同列上的相同目标所产生的散斑场会相应在列方向上平移，且前后帧图像中目标所平移的列间隔和对应的散斑场平移的列间隔满足公式式中，为前臵成像系统的成像倍率，为前臵成像面到空间相位调制器的距离，为空间相位调制器到散斑探测面的距离将不同帧的探测信号错开列叠加，能够使不同帧探测信号的重构图像对齐叠加，从而在提高探测信号信噪比的范数，表明多光谱图像矩阵的低秩性，为各约束项的权重系数本文采用压缩感知算法进行图像重构原理样机成像系统由个基于稀疏约束关联成像光谱相机和个监视相机组成，搭载到位于地面脚架上的全景云台上实现推扫工作模式，如图所示监视相机主要用于完成对待测目标物体的对准，光谱相机完成目标光谱图像信号的接收调制探测相机的曝光次数设为，单次曝光可重构个像元的个谱段图像，后帧图像的视场相对于前帧图像移动列探测信号叠加基础上扫式压缩多光谱关联成像研究光学论文像透镜将调制后的散斑图放大成像于面阵光电探测器上通过对散斑场的单次曝光探测，结合事先标定的测量矩阵和压缩感知等重构算法，利用计算机重构出目标的维光谱图像图基于稀疏约束关联成像光谱相机系统光路图令矩阵表示待测目标物体多光谱图像，其中为图像的谱段数，表示第个谱段图像中第列像素灰度的列向量不同谱段图像对应于不同的测量矩阵表示成像系统标定时用的点信号对准后叠加获得多光谱重构图像本文提出种新的对准叠加方法，首先利用探测器获得帧探测信号，然后直接将探测信号进行错位叠加得到系统总的探测矩阵，最后结合压缩感知算法重构出多光谱图像从计算量上本文提出的方法比文献更占优势，即通过次重构运算可以得到目标物体图像与单帧重构图像相比，信噪比具有明显提高理论分析基于稀疏约束关联成像光谱相机，系统光路内个空间维度上的数据，般需要扫描获得维空间上的图像将压缩感知理论与多光谱成像技术结合，可以将维数据压缩至维数据进行探测年，等将压缩感知应用于多光谱成像，提出种基于幅度掩膜板的准单次曝光多光谱成像系统年，课题组提出了另外种压缩感知多光谱成像方案，并对多光谱压缩成像领域的测量矩阵设计和旋转极坐标下编码孔径的压缩感知多光谱成像等工作进行了研究，年，吴建荣等提出种基于相位调制的单次曝光压缩感摘要针对推扫模式下多光谱关联成像重构图像模糊信噪比低问题，提出了种利用探测信号叠加提高重构图像信噪比的多光谱关联成像方案该方案基于稀疏约束关联成像光谱相机实验系统，通过单次曝光获得帧探测信号，对前后帧连续探测信号进行错位叠加，计算出系统总探测矩阵，结合标定测量矩阵，采用压缩感知算法得到待测目标物体重构图像数值模拟和实验结果表明适当延迟曝光时间可以提高系统重构图像质量相同曝光时间条件下，利用探测信号错位叠加的推物体靶标单次曝光多光谱关联实验，结果表明，当的曝光时间分别为时，均可得到质量较好的多光谱重构图像，并且随曝光时间增加，重构图质量有所提高相同曝光时间下，帧探测信号错位叠加重构图像质量比单帧重构图像质量显著提高本文对促进单次曝光多光谱压缩感知关联成像的实际应用具有指导意义参考文献龚文林，王成龙，梅笑冬，等面向实际应用的近期研究进展与思考红外与激光工程，吴建荣推扫模式下强度关联结果与图比较，相同曝光时间下帧探测信号错位叠加的重构图像质量比直接叠加显著提高，为合图帧探测信号不同叠加方法重构图像实验结果分析不同曝光条件下，单帧和帧重构图像实验结果对比情况推扫模式下探测信号单次曝光和次曝光的多光谱关联成像重构伪彩图实验结果如图所示其中，图为相机曝光时间分别为和时的探测信号图为对应的单帧重构图像结果图为推扫帧的重构图像结果由图可以发现在相机曝光处，个像素对应目标物体宽度为的单反电动云台带动成像系统以的速度匀速旋转对目标物体进行推扫成像，秒扫过的线度为，预设前后两帧图像的像素差，则相机的曝光间隔为，前臵成像系统的成像倍率为实验过程中，设臵相机曝光时间分别为和，对应记录的电子数均值为和，个谱段，相邻谱段间隔约，前后两帧图像的像素差来评价实验的竖杠均没有重构出来，图像中存在大量噪声点而采用错位叠加方法的值比单帧重构图像的小，待测目标物体重构图像完整，图像噪声点明显减少，比直接叠加重构图像质量具有显著提高由上述多光谱重构图像数值模拟结果还可以发现，无论采用哪种叠加方法，任意谱段的图像信号均会展宽到相邻谱段上，这是由于多光谱关联成像主要是基于散斑场关联进行光谱分辨，相邻谱段的散斑场存在定关联性造成的图不同电子数均值时，单帧和帧探测信号探测信号叠加基础上扫式压缩多光谱关联成像研究光学论文照式光谱成像武汉第届高分辨率对地观测学术年会论文集，谭诗语结构压缩感知在多光谱强度关联成像中的应用研究北京中国科学院大学，张红伟，郭树旭，张驰，等关联成像目标重构的伪逆迭代降噪方法光子学报，李美萱，王雪，王红，刘小涵，刘明，宋立军基于探测信号叠加的推扫式压缩多光谱关联成像光子学报，基金国家自然科学基金国家自然科学基金青年基金吉林省产业创新专项基金探测信号叠加基础上扫式压缩多光谱关联成像研究光学论文重构图像中非常清楚地重构出绿色横杠，实验结果与模拟结果相致图不同曝光时间单帧和帧重构图像实验结果结论本文提出了种新的推扫模式多光谱压缩关联成像方案利用前后帧探测信号的散斑场光强分布错位叠加来提高待测目标物体信噪比理论推导了探测信号直接叠加和错位叠加的探测矩阵数学表达式，并进行了数值模拟分析，结果表明推扫模式下探测信号错位叠加重构多光谱图像质量明显优于直接叠加的重构图像实验室环境下完成了基于推扫模式的彩测的多光谱重构图像如果将后续次曝光的探测信号按照式直接对准叠加，得到总的探测矩阵，代入式获得直接对准叠加的重构图像如果将后续次曝光的探测信号按照式进行错位叠加，得到总的探测矩阵，代入式得到错位叠加的重构图像图待测目标物体的光谱图像分布为定量说明重构图像质量，本文采用均方根误差对多光谱图像重构质量进行评价，定义为式中，为拍摄帧数，是目标物体，是重构图像值越小，重构图像质量越好不同电子数均间为时，单帧重构图像由于存在大量噪声点，模糊不清当曝光时间为时，噪声有所减少，相应谱段的横杠和竖杠比较清晰当曝光时间增大到时，重构图像质量明显提高，和图可以发现相同曝光时间下，采用推扫模式的帧探测信号错位叠加的重构图像明显优于单帧重构图像当曝光时间为时当曝光时间为时，单帧重构图像中和两个谱段的绿色横杠均没有重构出来，而对应的推扫果图像的重建质量，定义为式中，表示参考图像，采用曝光时间为时探测信号错位叠加的重构图像当相机曝光时间为时，推扫模式下次曝光得到的探测信号直接叠加和错位叠加的多光谱关联成像重构伪彩图实验结果如图所示其中，图为待测目标物体图为采用式中探测信号直接叠加方法重构图像结果由图可以发现，推扫模式所造成的目标物体运动模糊现象非常明显，重构图像的为图为利用公式计算得到的错位叠加方法重构图不同叠加方法重构图像数值模拟结果实验结果推扫模式下基于稀疏约束关联成像光谱相机实验在实验室环境完成多光谱相机主要参数如下光谱范围覆盖成像视场角为采样帧频像元分辨率优于光谱通道数，空间分辨率为，时间分辨率为红色和黄色种不同颜色高反膜制作的个横杠和个竖杠靶标，所占的像元个数分别为和，如图所示采用白色强光手电筒作为实验室照明光源，待测目标物体在距原理样机条件下，单帧和帧探测信号不同叠加方法重构图像数值模拟结果如图所示其中列为记录的电子数均值为和时，单帧探测信号重构图像的数值模拟结果，分别为和，表明增加电子数均值可以提高系统重构图像质量列为帧探测信号直接叠加重构图像结果，分别为和列为帧探测信号错位叠加重构图像结果，分别为和，在相同电子数均值条件下，采用探测信号直接叠加方法的值较大，重构图像质量较差，待测目标物探测信号叠加基础上扫式压缩多光谱关联成像研究光学论文则单帧个谱段像元个数为，如图所示若取曝光次数，前后两帧图像之间的像素差，则经过次探测，帧个谱段像元个数为，如图所示由于实际探测信号包含的噪声主要来源于探测器的暗电流噪声和读出噪声以及信号强度相关的散粒噪声本文数值模拟过程中探测信号主要考虑散粒噪声，噪声模型满足泊松分布测量矩阵采用多光谱关联成像原理样机系统标定时的实测实验数据将探测矩阵和测量矩阵代入式，利用压缩感知算法即可重构出单帧时起到减小推扫模式带来的运动模糊效应利用前后帧图像散斑场光强分布的错位叠加推导探测过程的数学表达式如图所示，假定距透镜处有轴外距轴处点光源发射球面波，当⋅时，根据散斑场光强分布局部空间平移不变性的原理可知式中，为探测面上的列数，为物面上的列数将每次推扫过的像素数错列相加，由式可得式中，分别表示向下取整和向上取整由式可知，将不同帧待测目标物体的多光谱图像灰度值与平移后的测量矩阵匹配相乘得到错位叠像素，前后帧图像存在行重叠区域，如图所示图基于稀疏约束关联成像光谱相机及推扫模式示意图假设初始探测设定为第次探测时探测面上第列，⋯像元的输出信号为因后帧图像相对于前帧图像向前移动列像素，第次探测时探测面上第列像元的输出信号为以此类推，第次探测时探测面上第列像元的输出信号为则共帧信号直接叠加后得到的探测信号为式采用相同的测量矩阵与不同帧待测目标物体的多光谱图像灰度值相乘得到系统总的探测矩阵，源在物面上第列像素上移动时，探测面第个像元得到的光强度值，总的测量矩阵令矩阵，⋯，表示成像时探测面上的探测信号强度分布，其中是探测面的像元数