在進行觀察時,人眼和傳統(tǒng)成像設(shè)備都會受到遮擋或阻礙,視域受到限制,存在一定的視覺盲區(qū)。在救援、反恐、偵查等場合中,對非視域空間的觀察至關(guān)重要,因此非視域成像技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注。隨著高精度探測技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)算法研究的深入,非視域空間的成像成為可能,越來越多的學(xué)者進行了相關(guān)研究。在對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行深入了解的基礎(chǔ)上,本文著重研究了非視域成像過程中的能量傳輸模型,針對實驗場景選擇器件并建模,對激光非視域成像過程進行了仿真模擬,并以仿真數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進行了后期的算法反演和三維重建,分析了系統(tǒng)參數(shù)對成像結(jié)果的影響:1)介紹了激光非視域成像及仿真建模的相關(guān)理論,包括成像過程中的光線傳播跟蹤和能量傳輸模型,探測器的接收和采樣量化過程,以及后期的反演算法和三維重建理論。對非視域成像過程中的分辨率進行了詳細分析,指出了分辨成像的優(yōu)勢。2)設(shè)置了有墻面遮擋的非視域場景,讀取圖片置于場景中作為2D目標,導(dǎo)入三維模型作為3D目標,采用改進的點云跟蹤方法追蹤了場景中的光線傳播,對關(guān)鍵器件進行建模,模擬了數(shù)據(jù)采集過程,計算了場景的回波分布情況,采集了仿真數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)用于之后的反演算法研究,同時仿真思路對實際系統(tǒng)的搭建也起到了一定的參考作用。3)實現(xiàn)了經(jīng)典橢球反演算法,以模擬采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進行目標所在空間的反演。通過網(wǎng)格劃分、數(shù)據(jù)匹配、網(wǎng)格可能性賦值、篩選和輪廓提取,得到目標所在的區(qū)域網(wǎng)格,進而繪制出目標的成像圖。512×512目標圖的反演結(jié)果顯示,橢球反演方法在參數(shù)合適的情況下可以對細節(jié)較少的2D目標進行成像,西光所所徽成像結(jié)果與原圖的結(jié)構(gòu)相似性(structural similarity,SSIM)可達0.9以上,但是該方法對場景要求比較苛刻,圖像細節(jié)難以還原,三維bunny模型反演結(jié)果在xy平面投影完全失去了辨識度。4)實現(xiàn)了光錐變換反演算法,從成像過程出發(fā),借助維納濾波的思路,通過迭代對非視域空間進行逼近反演。光錐變換方法的時間分辨率、空間分辨率和運算量之間具有相關(guān)關(guān)系,對目標本身的性質(zhì)具有很強的容忍性,2D、3D目標的反演成像都具有一定的辨識度。其中256×256的2D圖像反演結(jié)果可以獲得0.5以上的SSIM,3D模型bunny成像在xy平面投影和原始三維模型投影之間的SSIM也達到了0.54533。5)研究了泊松、貪婪三角形投影和powercrust三種三維重建算法,采用相同點云進行了對比實驗,實現(xiàn)了不同方法不同采樣率的bunny模型重建,對比了幾種方法的重建效果,其中泊松重建適合于法向量確定的封閉表面重建,貪婪三角形投影重建方法適合于比較均勻的點云,powercrust最適合用于散亂點云的重建。采用powercrust對bunny模型的LCT反演結(jié)果進行了重建,得到了比較完整的表面,優(yōu)化了可視效果。研究結(jié)果表明,采用時間分辨的方法觀察非視域目標的方法是可行的,橢球反演的方法在一定場景下可以得到比較清晰的二維目標像,但是無法用于觀察三維目標。光錐變換方法要優(yōu)于橢球反演,可以達到接近目標原始表面的成像結(jié)果,但是系統(tǒng)搭建難度更大�？傮w而言,非視域成像結(jié)果會受到諸多因素的影響,整體計算量偏大,成像方法對系統(tǒng)要求很高,對場景和目標也有比較苛刻的要求,離實際應(yīng)用還有一段距離。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;TN249
【部分圖文】：

圖 1.3 RIOPR 與 FOI 成像效果[3]Figure 1.3 Imaging result of RIOPR and FOI典的 OveSteinvall[4]在該項研究中繼續(xù)推進，研究了了窗戶不同的反射角度對反射成像的影響。然后進行過車蓋反射觀察了相距 1.5m 的人，分析了車蓋彎曲出了非視域成像在更多領(lǐng)域的應(yīng)用：通過窗戶觀察屋域成像技術(shù)可以看做是主動成像技術(shù)的特殊應(yīng)用，其統(tǒng)發(fā)出脈沖激光照射到反射墻面上特定的掃描點，脈被遮擋的目標，攜帶目標信息的脈沖激光返回反射面收區(qū)域進入探測器，由成像系統(tǒng)接收。激光照射墻上中介反射面在非視域成像過程中起到了至關(guān)重要的

激光非視域成像場景仿真與三維重建技術(shù)研究實驗研究中都有所建樹，另外，清華大學(xué)、海軍工程試。凱達等人采用激光距離選通系統(tǒng)進行了實驗，開啟中采用的激光器波長為 532 nm、脈寬 20 ns、頻率 、玻璃等為中介面，進行了成像研究。實驗結(jié)果表明要優(yōu)于落灰玻璃圖像，瓷磚作為中介反射面，成像效選通非視域成像的圖像對比度模型[10]，分析了成像過質(zhì)量的影響[9][11][12][13]。韓宏偉完成了采用落灰玻璃進行反射的距離選通成碩士研究生翟建華作了關(guān)于精度對非視域成像影響

圖 1.8 基于光錐變換的共焦成像方法結(jié)果圖[26] Result of confocal imaging method based on light cone tra法及擴展應(yīng)用Rohit Pandharkar 等人首次在非視域場景中引入移動視域目標的運動軌跡[2][27]，首次擴展了激光非視域哈爾濱工業(yè)大學(xué)靳辰飛團隊利用光的直線傳播原理三次激光散射，采用單光子 APD 進行探測，設(shè)置了行了三維成像[28]。

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本文編號：2828530