編碼衍射成像系統(tǒng)中的測量值是幅值數(shù)據(jù),丟失了含有大量信息的相位部分,從幅值數(shù)據(jù)中恢復(fù)原始信號就是相位恢復(fù)問題。在經(jīng)典相位恢復(fù)算法中,必須用到多個(gè)編碼衍射圖案才能精確重構(gòu)原始信號,但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中多次重復(fù)測量編碼衍射圖案不易實(shí)現(xiàn),如何僅用單個(gè)編碼衍射圖案精確重構(gòu)原始信號的研究很有必要。該文對單個(gè)編碼衍射圖案的相位恢復(fù)方案進(jìn)行研究,具體工作內(nèi)容如下:首先,在基于幅度正則化近似消息傳遞算法(Approximate Message Passing for Amplitude Based Optimization,AMP.A)基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出適合編碼衍射成像系統(tǒng)的相位恢復(fù)模型,并在該模型中引入去噪算子,提出適用單個(gè)編碼衍射圖案的基于去噪算子與AMP.A的相位恢復(fù)算法。該算法用去噪算子代替消息傳遞中的修正參數(shù),以更精確的修正圖像。實(shí)驗(yàn)表明,該算法能在高斯噪聲污染的單個(gè)編碼衍射圖案條件下重構(gòu)出高質(zhì)量的圖像。其次,針對凸優(yōu)化相位恢復(fù)模型中需要給定初始估計(jì)并且不能在單編碼衍射圖案條件下有效重構(gòu)圖像的問題,該文將基于雙樹復(fù)數(shù)小波變換正則化融入到凸優(yōu)化相位恢復(fù)模型中,提出基于凸優(yōu)化與雙樹復(fù)數(shù)小波變換的相位恢復(fù)算法。該算法在凸優(yōu)化過程中利用正則化算法對圖像信號進(jìn)行初始估計(jì),可繼承凸優(yōu)化算法的精確性和正則化算法在解決單個(gè)編碼衍射圖案問題時(shí)的有效性。實(shí)驗(yàn)表明,該算法可由單個(gè)編碼衍射圖案快速且較為精確地重構(gòu)出原始圖像,并有較強(qiáng)的魯棒性。最后,將圖像自相似性引入相位恢復(fù)模型中,利用非局部貝葉斯估計(jì)建立圖像自相似性約束,提出基于非局部貝葉斯與圖像自相似性的相位恢復(fù)算法。進(jìn)而利用圖像去噪算子在解決圖像反問題時(shí)可重建得到圖像丟失信息的特性,提出基于非局部貝葉斯和去噪算子的相位恢復(fù)算法。實(shí)驗(yàn)表明,在單個(gè)編碼衍射圖案條件下,基于非局部貝葉斯估計(jì)與圖像自相似性的相位恢復(fù)算法能重構(gòu)得到高質(zhì)量的圖像,基于非局部貝葉斯和去噪算子的相位恢復(fù)算法以犧牲少量圖像細(xì)節(jié)為代價(jià)極大地提高重構(gòu)圖像的視覺效果。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN919.81
【部分圖文】：

因此相位信息在圖像處理中十分重要。如圖1-1 所示，對灰度圖像 Boat 和 Campus 圖像分別進(jìn)行傅里葉變換，保持各自的幅值信息不變，交換它們的相位信息，可以看出 Boat 幅值和 Campus 相位結(jié)合后經(jīng)過傅里葉逆變換得出的圖像與 Campus 更接近，Campus 幅值和 Boat 相位結(jié)合后經(jīng)過傅里葉逆變換得出的圖像與 Boat 更接近，由此可直觀地看出圖像相位信息是圖像信息的主要組成部分。FFT IFFT幅值相位相位FFT IFFT幅值圖 1-1 傅里葉變換后兩圖像的相位信息交換在實(shí)際測量裝置中，圖像的相位信息并不容易獲取，只能獲得圖像的幅值信息，從相位缺失信息中恢復(fù)圖像的問題稱之為相位恢復(fù)問題(Phase Retrieval, PR)。相位恢- 1 -

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 2 章 編碼衍射成像系統(tǒng)的相位恢復(fù)理論1 編碼衍射成像系統(tǒng)在最初的圖像相位恢復(fù)算法中，為了精確重構(gòu)出原始圖像，會(huì)給圖像加上支。但是實(shí)際應(yīng)用不易操作，且會(huì)增加時(shí)間復(fù)雜度。編碼衍射成像系統(tǒng)在傅里葉板上加上代替?zhèn)鹘y(tǒng)支撐域的一個(gè)或多個(gè)隨機(jī)掩膜，獲得與隨機(jī)掩膜個(gè)數(shù)相同的衍射圖案(CDP)，通過測量得到的 CDP 可有效地重構(gòu)圖像。編碼衍射成像系統(tǒng)是信號在衍射之前進(jìn)行調(diào)制，且裝置簡單易實(shí)現(xiàn)，如圖示，光源發(fā)出的光先經(jīng)過物體得到物體的結(jié)構(gòu)信息，再經(jīng)過隨機(jī)掩膜后，照射測板上，得到衍射圖案。

第 3 章 基于去噪算子與 AMP.A 的相位恢復(fù)3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析為驗(yàn)證本章算法的有效性，選取 6 張圖像處理中的經(jīng)典圖像作為測試圖像，其中包含如圖 3-1 所示的 3 幅像素為 512×512 的圖像 Lena、Boat、Barbara，如圖 3-所示的 3 幅像素為 256×256 的圖像 Cameraman、Peppers、House。本 章算法 DAMP.A 在單個(gè)八 元 CDP 掩膜的編 碼衍射 成 像系統(tǒng)下與BM3D-prGAMP 對比，其中 BM3D-prGAMP 算法在作者提供的代碼上改進(jìn)，使之能適應(yīng)編碼衍射成像系統(tǒng)下的相位恢復(fù)。本章的 BM3D 去噪算子均使用 Fast-BM3D，隨機(jī)初始值和隨機(jī)掩膜均保持一致，選取PSNR和SSIM來衡量算法的圖像重構(gòu)精度
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本文編號：2844320