频域自适应降采样的傅里叶单像素成像

单像素成像技术突破了传统成像中探测器与目标物体之间存在遮挡物无法成像的限制,具有系统简单、成本低廉、宽谱成像等优点,在成像领域迅速获得关注并得到逐步发展。然而,由于其使用无空间分辨率的单点探测器,完美成像需对场景进行与图像像素数量级相当的测量。因此,如何在保证一定成像质量的前提下,大幅度提升其成像速度,成为单像素成像技术走向应用的关键问题之一。为此提出了一种基于变换域自适应降采样的傅里叶单像素成像方法。该方法利用傅里叶变换频谱能量集中的特点,在频域合理规划采样路径;然后,沿规划路径测量谱系数,计算每段采样路径的谱系数方差,并在线进行曲线拟合,当曲线斜率达到人为设定的误差带（或趋近于0）时,采样测量自动停止;最后,对采样测量获得的谱系数矩阵实施傅里叶逆变换重建目标图像。提出方法大幅提高了成像效率。     

单像素成像在三维测量中的应用

在条纹投影等传统结构光三维测量技术中,在全局光照的干扰下,无法获得高质量、高精度的三维测量结果。典型的全局光照效应包括互反射和次表面散射。互反射发生在凹陷的光亮反射表面,而次表面散射发生在半透明材料表面。单像素成像(Single-pixel imaging, SI)技术可以通过没有空间分辨率的探测器捕获场景,然而,大多数现代数码相机采用传统像素化的图像传感器。在这里,我们提出了将单像素成像技术扩展到像素化的图像传感器中,将图像传感器上的每个像素都被视为是一个独立的单像素成像单元,可以同时获取图像。实验表明,这种单像素成像方法可以完全分解直接光照和全局光照,实现在全局光照干扰下的高质量、高精度三维重建。     

单像素成像相关图像处理算法综述

单像素成像作为一种新型成像技术,因具有探测器成本低、成像范围广等特点在遥感成像、高光谱成像、激光雷达探测等领域具有广泛的应用前景.由于单像素成像具有独特的成像机制和框架,通常需要设计专门的图像处理算法.本综述根据单像素成像的发展历程,详细介绍了单像素成像在图像分类、运动物体成像、盲重建、图像加密和隐藏、边缘检测、照明图...     

基于图像块细粒度的自适应单像素成像算法

设计了一种基于图 像块细粒度的自适应单像素成像算法。首先获取目标的低分辨图像,将其分为四等块,根据 每块中 重要小波系数的个数与分布,将其分为非重要、重要和半重要三类。非重要块不采样;重要 块全采样;半 重要块进行迭代分块、分类,部分采样。利用小波反变换重建高分辨图并重复上述步骤,直 到重建图像达 到目标分辨率。实验结果表明,对于背景平滑的医学生物图像,本文方法能够在相同采样率 下至少提高重建图像PSNR约2dB。     

紧凑双光路单像素成像系统（特邀）

不同于使用阵列探测器的常规数码相机,单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高,单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势,在遥感探测、显微成像、军事侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统,该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积,使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式,并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试,为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。     

水下单像素成像系统研究

基于压缩感知（CS,compressive sensing）理论,针对水下复杂的光学成像环境,结合水下距离选通技术、水下激光照明技术和CS单像素相机提出了一种新的水下成像方法。设计了水下CS单像素相机系统的框架结构,构建了相应的采样矩阵和重构算法等软件计算平台。通过理论分析计算,比较了本文方法和水下距离选通成像方法在成...     

单像素成像与超表面成像（特邀）

单像素成像作为一种典型的计算成像方式,利用单像素探测器测量一系列掩模图像照射目标之后的光强值,进而通过不同重构算法恢复目标图像。相较于多像素探测器(CCD或CMOS),单像素成像克服了硬件的限制,在某些特殊波段,探测效率更高,响应更快。超表面是由亚波长的金属或介质单元构成的二维人造结构。在可见光波段,超表面可以调控入射光的多种自由度以实现多通道全息图的显示;在微波波段,超表面可以与导波模式进行耦合辐射出多种模式图案。简单介绍了单像素成像的研究背景、成像原理和重构算法、超表面成像的研究背景,并主要讨论了两种成像方式在可见光波段以及微波波段的结合以及相关研究,最后提出了未来的发展方向。     

单像素成像在特殊波段及三维成像的应用发展

与传统的面阵成像技术不同,单像素成像技术作为一种新型的计算成像技术,使用不具备空间分辨能力的桶探测器,结合空间光场调制技术,通过关联算法重构待成像物体的空间强度信息,在研究界得到了广泛的关注。近年来,单像素成像技术被广泛应用于各种波段的成像领域,尤其是在某些面阵探测器价格昂贵甚至无法制备的特殊波段,单像素成像技术逐步发展为一项低成本高成像质量的替代技术。并且,在三维成像技术中,大量基于单像素成像的相关研究工作也被相继提出。文中主要介绍了单像素成像技术的基本原理及应用发展历程,并着重介绍了其在条纹结构投影三维成像技术中的应用工作。     

单像素成像理论与方法（特邀）

单像素成像技术是一种可通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标图像信息的新型成像技术,与传统“所见即所得”的光学成像技术相比具有高灵敏、抗干扰和高分辨等一系列优点,在遥感探测、国防军事和生物医学等领域有着广阔的应用前景。近年来,随着计算能力的提升和光电器件的发展,单像素成像受到越来越多学者们的关注。简要回顾了单像素成像的发展历程,详细介绍了单像素成像的基本原理、调制矩阵设计、图像恢复算法等方面的研究进展,并对其应用场景和未来发展趋势进行了总结和展望。     

大斜视成像的目标谱分析及成像算法

雷达成像应用中会面临大斜视成像问题。大斜视情况下,目标回波信号谱在谱域中发生偏移,造成在有限的谱支持域中发生翻折和混叠,使得图像不能准确聚焦。通过斜视角计算偏移量,可恢复实际目标谱,进而采用距离徙动算法实现成像。该文通过分析大斜视下的信号谱及目标谱特性,详细说明了采样率和混叠的关系,并确定了距离徙动算法中的插值格点,减少了不必要的插值运算和插值误差,提升了成像处理效率。由于采用了谱域处理方法,未对距离方程进行近似,因此适用于处理远场与近场成像问题。仿真分析表明:文中所述处理方法可以有效完成近场大斜视情况下的精确聚焦成像,算法适用性广,且可实现快速处理。     

基于最小二乘迭代的空间载波相移算法

为了解决空间载波相移(SCPS)法中载波频率不确定引入的误差,提出了一种基于最小二乘迭代的空间载波相移算法.先将单幅随机空间载波频率干涉图转化成四幅随机相移量的时域干涉图,然后用最小二乘迭代求得相位信息.模拟计算和实验结果表明,该算法只需10次左右的迭代计算就可实现算法峰值(PV)精度优于λ/20,均方根(RMS)精度优于λ/200,高于快速傅里叶变换(FFT)法;通过提高空间载波频率,使载波方向接近45°或135°可提高该算法的精度.     

相移技术中一种基于非定步长算法的应用分析

在快速傅立叶变换(FFT)算法和N步相移法相结合的基础上提出了一种非定步长的相移相位恢复算法。该算法克服了FFT中由于背景噪声所带来的影响，同时又克服了N步相移法对相移装置的精度的苛求。通过实验，对该种算法与FFT算法和N步相移法进行了比较。结果表明，该算法不仅计算量小，对设备要求低，同时兼顾了傅立叶处理技术和N步相移技术的优点，可大大提高测量的自动化程度。     

一种新型干涉成像光谱技术

本文介绍了一种新型空间调制干涉成像光谱仪原理，并与具体有代表性的静态迈克尔逊干涉仪的光通量进行了比较，说明它具有高通量，大视场的优点，推导了这种干涉仪的干涉图表达式，分析了胶合层楔角对调制度的影响，给出了楔角的容限计算公式。     

物理可实现的相位编码压缩成像

 压缩成像是压缩感知理论最重要的研究领域之一.在分析压缩成像中实际测量矩阵与测量值约束的基础上,提出一种基于4-f光学架构的物理可实现的频域相位编码压缩成像方法.该方法利用两路光学架构之间的补偿实现相位编码压缩成像中测量值的非负记录,然后从该测量值精确恢复原图像,解决压缩成像应用中理论与实际物理约束之间不一致的问题.该方法可以单次曝光获得充分的测量值精确重建原图像,不需要其它附加信息,是压缩成像物理实现的一种非常可行的方案.模拟实验证明该方法可以有效地实现图像的压缩测量与超分辨率重建.     

横向剪切最小二乘相位解包裹算法的改进

对存在欠采样的包裹相位进行解包裹一直是一个难点,尽管横向剪切最小二乘相位解包裹算法有不错的抗欠采样能力,但当存在严重欠采样时,该算法还是不能得到令人满意的结果。针对这个问题作了分析,并通过引入二次剪切的方法改进了横向剪切最小二乘相位解包裹算法,通过模拟计算和实验验证,证明改进后的算法是正确和有效的,该算法可以保证当包裹相位二阶离散导数的绝对值不大于π时能得到正确的解包裹结果。     

矩形窗函数相频谱的一致性探讨

矩形窗函数是傅立叶变换中的一个典型信号,它在信号频谱理论中占有重要地位。国内外教材中存在矩形窗函数的数种不同的相频谱图,只有少数教材中给出了简单解释,容易引起教学上的认识混乱,这显然与教科书中对相位谱重视不够有关。本文分析这一现象并提出了一些建议,希望引起大家对相频谱教学的重视,并有助于消除矩形窗函数相频谱教学中出现的一些困惑。     

信号分析教材中相频谱内容的改进建议

相频谱在频谱分析中占有重要地位,它包含了信号的大量信息。相频谱计算是＂测试技术＂课程教学中的难点,但教科书中对相频谱重视不够,这给教学造成了较大困难。本文在介绍初相位概念的基础上,系统总结了周期信号相频谱求解中的主要问题,并提出了一些建议,以弥补现有教材中这部分内容的不足。     

基于压缩传感理论的单像素成像系统设计

近年来,一种新兴的压缩传感理论为数据采集技术带来了革命性的突破,得到了研究人员的广泛关注.该方法通过对稀疏信号进行观测,只需少量观测点就能精确的重构原始信号.基于压缩传感理论,采用DMD数字微镜结合单点探测器,而非传统CCD,进行数字成像,突破了传统数字成像系统的设计,建立了新型的成像系统.为其它光谱成像系统的设计,提供了有益的借鉴.     

基于图像校正与相位相关的视频拼接算法

针对现有基于特征的拼接算法在特征单一的场景中存在配准精度和效率方面的不足,提出了一种新的拼接算法,巧妙地将摄像机标定与相位相关的方法相结合,通过摄像机标定求出摄像机内外参数,对摄像机输入的视频图像进行矫正,从而使得两幅待匹配的图像间只具有平移参量.再通过相位相关算法求取高精度的平移参数,最后进行图像融合处理.拼接过程中,不需要提取拼接图像的特征,减少了图像配准过程中算法对于场景特征的依赖性.实验结果证明,该方法在场景特征单一的条件下能够实现稳定高效的视频拼接.