波前编码被动测距及三维成像技术研究

论文摘要

波前编码技术是一种结合了光学系统与图像处理的计算成像技术,通过在获取信息时已知的编码方式,可以有效地感知和修复目标的离焦变化,因此可以通过波前编码技术对物空间的距离或深度信息进行感知,达到被动测距与三维成像的目的,具有结构简单、响应度高、像质高等优点。本文主要对波前编码被动测距及三维成像技术进行研究,包括波前编码系统测距与三维成像的原理、光学系统,尤其是作为关键元件的相位掩模板的设计、被动测距及三维图像重构算法。主要内容包括:(1)波前编码被动三维成像技术理论研究。从傅里叶光学出发,在理论上论证波前编码系统点扩散函数与离焦像差的关系,对包括编码和解码理论、目标深度信息与离焦量的关联等在内的波前编码系统的被动三维成像理论进行研究。(2)相位掩模板的设计。首先研究相位掩模板优化的常用算法,根据基本光学系统优化得出相位掩模板参数的最优解,并对点扩散函数的形态与峰值位置进行理论计算分析、仿真分析与实验验证。(3)图像重构方法研究。提出一种波前编码三维图像重构算法,将离焦量、物空间距离信息与像空间点扩散函数峰值偏移量建立数学上的严格关系。首先通过MATLAB软件对算法进行仿真分析,其次通过搭建实验平台来验证该算法的实际精度与测量方案的可行性,并给出评价。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 主动式三维成像技术研究现状

1.2.2 被动式三维成像技术研究现状

1.2.3 研究现状分析

1.3 本文主要研究内容

第2章波前编码被动测距及三维成像技术理论

2.1 引言

2.2 傅里叶光学理论

2.2.1 点扩散函数

2.2.2 光学传递函数

2.2.3 广义光瞳函数

2.3 波前编码技术

2.3.1 相位掩模板对光学系统的调制

2.3.2 编码图像的复原与像质提升

2.4 波前编码被动测距及三维成像技术

2.4.1 波前编码系统的点扩散函数偏移与伪像的产生

2.4.2 波前编码系统PSF峰值位置特征分析

2.4.3 波前编码被动测距及三维成像的实现方法

2.5 本章小结

第3章波前编码相位掩模板设计

3.1 引言

3.2 相位掩模板参数优化

3.2.1 光学系统的基本结构

3.2.2 评价函数的构建

3.2.3 基于模拟退火算法的相位掩模板参数优化

3.3 波前编码三维成像系统性能分析

3.3.1 成像系统的基本结构

3.3.2 点扩散函数形态与峰值偏移的理论计算分析

3.4 点扩散函数形态与峰值位置的实验分析

3.4.1 实验装置

3.4.2 实验结果与分析

3.5 本章小结

第4章被动测距及三维图像重构算法与实验

4.1 引言

4.2 被动测距及三维图像重构算法

4.2.1 基于共轭相位掩模板的测距与图像重构算法

4.2.2 基于场景固有离焦的测距与图像重构算法

4.3 算法的仿真分析

4.3.1 单一离焦信息的恢复结果

4.3.2 基于共轭相位掩模板的测距与图像重构算法仿真结果

4.3.3 基于场景固有离焦的测距与图像重构算法仿真结果

4.4 算法的实验验证

4.4.1 实验装置

4.4.2 实验的准备与调试

4.4.3 实验结果与分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张云泽

导师: 陈守谦

关键词: 计算成像,波前编码,三维成像,被动测距

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TP391.41;O439

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003480

总页数: 74

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