【摘要】：散射介質(zhì)的存在嚴(yán)重影響成像質(zhì)量,甚至完全無(wú)法成像,因此研究散射介質(zhì)成像有非常重要的意義。單像素相機(jī)作為一種新型的成像系統(tǒng),與傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)相比成本低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單且應(yīng)用范圍廣,而且單像素成像系統(tǒng)只需要探測(cè)到加載不同掩膜時(shí)光強(qiáng)的變化。本文利用單像素成像的特點(diǎn),將單像素成像系統(tǒng)應(yīng)用在散射介質(zhì)成像中,通過理論分析和模擬驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的可行性。最后搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),成功的實(shí)現(xiàn)了散射介質(zhì)成像。本文研究工作主要從以下幾個(gè)方面展開:(1)數(shù)字微鏡陣列是單像素成像中的核心器件,文章在介紹了數(shù)字微鏡陣列的特點(diǎn)和各項(xiàng)參數(shù)以后,給出了它的加工過程以及工作原理,并且與同類器件進(jìn)行了對(duì)比,闡述了該器件的優(yōu)缺點(diǎn)。(2)介紹了單像素成像中比較有代表性的兩種方法:壓縮傳感理論和四步相移理論。壓縮傳感理論作為單像素成像中的經(jīng)典理論,論文從測(cè)量矩陣、傳輸矩陣以及重建算法三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了全面的介紹,并且列舉出了適合數(shù)字微鏡陣列應(yīng)用的矩陣。同時(shí)還介紹了一種新型的四步相移理論,包括它的成像原理、特點(diǎn)和重建算法。(3)在理論分析基礎(chǔ)上,通過模擬和實(shí)驗(yàn)證明了單像素成像的可行性,利用單像素成像系統(tǒng)只需要探測(cè)光強(qiáng)變化的特點(diǎn),將其應(yīng)用于散射介質(zhì)成像中,成功的實(shí)現(xiàn)了單層散射介質(zhì)成像。通過分析散射介質(zhì)的散射特性,利用它的記憶效應(yīng)結(jié)合四步相移理論設(shè)計(jì)了雙層散射介質(zhì)成像系統(tǒng),該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需要復(fù)雜的時(shí)間門等裝置也能很好的區(qū)分出彈道光子和蛇形光子,有效的降低了實(shí)驗(yàn)成本,并且實(shí)驗(yàn)取得了良好的效果,證明了該系統(tǒng)在雙層散射介質(zhì)成像中的可行性。分析了實(shí)驗(yàn)中的噪聲,給出了提高該系統(tǒng)成像質(zhì)量的方法。
[Abstract]:The existence of scattering media seriously affects the imaging quality, even can not be imaged completely, so it is very important to study the imaging of scattering media. As a new type of imaging system, single pixel camera has the advantages of low cost, simple system and wide range of application compared with the traditional imaging system. Moreover, the single pixel imaging system only needs to detect the change of the time intensity of different mask loading. In this paper, the single pixel imaging system is applied to scattering medium imaging based on the characteristics of single pixel imaging. The feasibility of the experiment is verified by theoretical analysis and simulation. Finally, an experimental system is set up and the scattering medium imaging is successfully realized. The main work of this paper is as follows: (1) Digital micromirror array is the core device in single-pixel imaging. After introducing the characteristics and parameters of digital micromirror array, the machining process and working principle of digital micromirror array are given. Compared with the similar devices, the advantages and disadvantages of the device are expounded. (2) two typical methods in single-pixel imaging are introduced: compression sensing theory and four-step phase shift theory. Compression sensing theory is a classical theory in single-pixel imaging. This paper introduces the measurement matrix, transmission matrix and reconstruction algorithm, and enumerates the matrix suitable for the application of digital micromirror array. At the same time, a new four-step phase-shift theory is introduced, including its imaging principle, characteristics and reconstruction algorithm. (3) on the basis of theoretical analysis, the feasibility of single-pixel imaging is proved by simulation and experiment. The single-pixel imaging system only needs to detect the change of light intensity, and it is applied to the imaging of scattering medium, and the single-layer scattering medium imaging is successfully realized. By analyzing the scattering characteristics of scattering medium, a two-layer scattering medium imaging system is designed by using its memory effect and four-step phase shift theory. The system is simple in structure. Without complicated time gates and other devices, ballistic photons and snake photons can be distinguished very well, and the experimental cost is reduced effectively, and good results are obtained in the experiment, which proves the feasibility of the system in the imaging of double-layer scattering medium. The noise in the experiment is analyzed and the method to improve the imaging quality of the system is given.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB852.1;O436.2

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本文編號(hào)：2188479