計(jì)算成像最新進(jìn)展及應(yīng)用.doc

《計(jì)算成像最新進(jìn)展及應(yīng)用.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、.南京理工大學(xué)光電傳感器應(yīng)用技術(shù)結(jié)課論文學(xué)院：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：日期：2016.01.17____________..計(jì)算成像最新進(jìn)展及應(yīng)用摘要：所謂“計(jì)算”，就是將成像系統(tǒng)與后置的特征提取計(jì)算步驟看成一個(gè)整體，設(shè)計(jì)一種新型的成像系統(tǒng)一一“計(jì)算成像”，使得成像系統(tǒng)的目的不再是滿足人們的視覺要求而是提供滿足智能應(yīng)用所必須的魯棒和智能功能，實(shí)現(xiàn)“從3D到信息”的跨越。本文主要對(duì)計(jì)算成像的最新進(jìn)展和應(yīng)用進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：計(jì)算成像、最新進(jìn)展、應(yīng)用1.緒論在許多情況下，傳感器設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)不再是為了得到一個(gè)高分辨率的圖像信號(hào)，而是僅收集圖像理解算法需要收集的信息，以利于機(jī)器自動(dòng)抽取需要的

2、信息，實(shí)現(xiàn)“從3D到信息”的跨越。這樣就可以在很大程度上回避目前出現(xiàn)的所謂數(shù)字媒體“存不起、查不準(zhǔn)和管不住”的突出問題。這種將成像與后置的特征提取計(jì)算相結(jié)合的思想，就是所謂的“計(jì)算成像”。“計(jì)算成像”思想的提出，可以在很大程度上節(jié)約資源，更加符合節(jié)約型社會(huì)的要求。近年來蓬勃發(fā)展起來的計(jì)算成像方法，尤其是基于壓縮感知理論的計(jì)算成像技術(shù)，為多維信息高分辨率成像方法帶來了新的機(jī)遇，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。2.最新進(jìn)展高分辨率多維信息獲取技術(shù)研究是國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的任務(wù)之一。高分辨率探測(cè)成像是其中一個(gè)重要的研究和探索方向，尤其在航天遙感、醫(yī)療診斷、軍事偵查等領(lǐng)域高分辨成像需求迫切

3、。傳統(tǒng)成像方法通過在傳感器像元與場(chǎng)景之間建立一種直接的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來獲取圖像，成像效果嚴(yán)重依賴傳感器性能（像元密度，靈敏度等），且存在二維傳感器陣列無法實(shí)現(xiàn)高分辨多維信息（空間-譜間-時(shí)間）快速獲取等問題。a．2013年進(jìn)展西安電子科技大學(xué)高大化博士針對(duì)傳統(tǒng)成像方法分辨率嚴(yán)重依賴相機(jī)傳感器陣列密度的問題，提出一種基于運(yùn)動(dòng)隨機(jī)曝光的高分辨率編碼感知計(jì)算成像新方法。在編碼感知階段，設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)隨機(jī)曝光模式，用一個(gè)較低分辨相機(jī)相對(duì)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)通過隨機(jī)編碼序列控制快門閃動(dòng)實(shí)現(xiàn)高速曝光，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后完成場(chǎng)景的編碼混疊采樣；在優(yōu)化反演階段，利用場(chǎng)景的先驗(yàn)知識(shí)，構(gòu)建相應(yīng)的稀疏重建模型，重構(gòu)出高分

4、辨率圖像。該成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)較低分辨率相機(jī)的高分辨率成像，有效解決了傳統(tǒng)方法成像分辨率嚴(yán)重依賴..相機(jī)傳感器陣列密度的問題，特別適用于由于成本、功耗、體積、重量、存儲(chǔ)與傳輸?shù)认拗贫鵁o法使用高性能傳感器的場(chǎng)合，如星載對(duì)地觀測(cè)遙感成像。針對(duì)傳統(tǒng)Demosaicking（去馬賽克）方法存在重建效果不理想、拉鏈虛假色現(xiàn)象嚴(yán)重等問題，從編碼感知計(jì)算成像的角度重新審視彩色圖像Demosaicking過程，提出了一種基于圖像稀疏模型和自適應(yīng)PCA（PrincipalComponentAnalysis）的Demosaicking方法。該方法通過彩色圖像成像模型和光譜特征來描述各顏色分量間稀疏性，通過自適

5、應(yīng)PCA來挖掘空間維稀疏性，并將二者結(jié)合，建立了1-范數(shù)最小優(yōu)化正則模型，并設(shè)計(jì)了優(yōu)化求解算法。該方法能提高重建全彩色圖像的抗噪能力，結(jié)果優(yōu)于大多數(shù)現(xiàn)有Demosaicking算法，實(shí)際成像結(jié)果也顯示出了更好的視覺效果。針對(duì)星載（機(jī)載）遙感推掃式光譜成像中空間分辨率和光譜分辨率受制于傳感器陣列點(diǎn)陣密度的問題，及空間分辨率和光譜分辨率難以兼得的問題，根據(jù)編碼感知計(jì)算成像框架，提出了一種基于高速快門閃動(dòng)的高分辨率遙感光譜計(jì)算成像新方法。該方法在不改變相機(jī)結(jié)構(gòu)和傳感器密度的條件下，通過控制高速快門閃動(dòng)來進(jìn)行隨機(jī)編碼曝光，產(chǎn)生混疊效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)像素點(diǎn)與一個(gè)傳感器像元對(duì)應(yīng)，將豐富的場(chǎng)景信息壓縮采樣

6、到少量的觀測(cè)數(shù)據(jù)中。最后利用優(yōu)化反演方法對(duì)混疊采樣信號(hào)進(jìn)行處理，重構(gòu)出高分辨率圖像。該方法無需提高傳感器陣列密度，只需控制電子快門曝光和數(shù)據(jù)處理，就可以做到在保持較高光譜分辨率的前提下，較大提升光譜圖像的空間分辨率。針對(duì)上由于快門閃動(dòng)遮擋一部分光線，從而減少了曝光時(shí)間，導(dǎo)致信噪比下降及部分場(chǎng)景信息丟失的問題，設(shè)計(jì)了另一種隨機(jī)編碼曝光方式，提出了基于反射角高速切換的編碼曝光方法。該方法采用一個(gè)高速轉(zhuǎn)鏡將入射光分為兩路，同時(shí)進(jìn)行互補(bǔ)隨機(jī)編碼曝光調(diào)制，這樣場(chǎng)景中所有像素全部參與了混疊，保留了足夠的信息。最后利用場(chǎng)景稀疏性構(gòu)建優(yōu)化反演模型，重構(gòu)出高分辨率光譜圖像。中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所空間

7、主動(dòng)光電技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于壓縮感知理論，在單點(diǎn)探測(cè)計(jì)算成像的基礎(chǔ)上，通過在成像系統(tǒng)后面搭建色散光路，利用ＤＭＤ這一特殊編碼孔徑模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)狹縫，實(shí)現(xiàn)孔徑的擴(kuò)展，因此大大改善了“狹縫”光譜儀中點(diǎn)對(duì)線成像特點(diǎn)中信噪比降低的問題。該方法在不提高傳感器陣列密度，保持較高的光譜分辨率的前提下，大幅提升了光譜圖像的空間分辨率。孫崇尚等人將透鏡系統(tǒng)的比例法則推廣到計(jì)算成像領(lǐng)域,證明計(jì)算成像的方法可以在更小的相機(jī)尺寸時(shí)獲得更高的分辨率。在此基礎(chǔ)上研