基于隨機(jī)編碼孔徑的壓縮彩色成像研究.pdf

1、壓縮傳感理論是一種新穎的信號(hào)采集與處理的理論，該理論指出:對(duì)于稀疏或可壓縮的信號(hào)，可以采取比Nyquist低得多的采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，通過使用恰當(dāng)?shù)幕謴?fù)算法仍能準(zhǔn)確的重構(gòu)原始信號(hào)。壓縮傳感理論一經(jīng)提出，就受到高度關(guān)注，經(jīng)過這些年的發(fā)展，其應(yīng)用范圍已涵蓋了信號(hào)處理的諸多領(lǐng)域，特別是成像領(lǐng)域。
　　壓縮成像由編碼（傳感）和解碼（重構(gòu)）兩階段構(gòu)成，其主要思想是通過有效欠采樣測(cè)量加上計(jì)算方法抽取高質(zhì)量圖像。其中較為典型的是Rice大學(xué)開

2、發(fā)的單像素相機(jī)，但是該相機(jī)的缺點(diǎn)是每次曝光只能獲得一個(gè)測(cè)量值。壓縮編碼孔徑成像可以在單次曝光的情況下獲得所有測(cè)量值。壓縮編碼孔徑成像通過在壓縮成像的光學(xué)系統(tǒng)中增加一個(gè)編碼孔徑，引入比一個(gè)針孔孔徑更復(fù)雜的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，以提高輸入光信號(hào)打擊在檢測(cè)器上的信息量，在不犧牲分辨率的情況下對(duì)圖像進(jìn)行編碼測(cè)量;重建階段借助壓縮傳感重建算法從編碼測(cè)量值中高質(zhì)量地恢復(fù)原始圖像，實(shí)現(xiàn)壓縮圖像的重建。實(shí)驗(yàn)表明，在相同大小和分辨率的條件下，壓縮編碼孔徑成像的方法

3、對(duì)光的利用率大大提高，且利用編碼孔徑掩膜的隨機(jī)調(diào)制特性能夠記錄下更多的信息，從而重建出更高質(zhì)量的圖像，同時(shí)對(duì)噪聲也有較好的魯棒性。
　　借助在灰度圖像的壓縮重建與超分辨率成像上工作，本論文將壓縮編碼孔徑成像擴(kuò)展到彩色成像領(lǐng)域，重點(diǎn)圍繞壓縮編碼孔徑彩色成像的理論、重建算法以及光學(xué)成像系統(tǒng)等若干問題展開研究。
　　本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:
　　(1)回顧了壓縮傳感的基本研究?jī)?nèi)容，以及傳統(tǒng)針孔相機(jī)成像和編碼孔徑成像的

4、相關(guān)知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，分析了壓縮編碼孔徑成像引入的主要目的，并從測(cè)量矩陣結(jié)構(gòu)和成像系統(tǒng)角度研究了壓縮編碼孔徑成像（CCAI）方法。實(shí)驗(yàn)采用了分塊壓縮傳感方法，在標(biāo)準(zhǔn)灰度測(cè)試圖像上比較了不同采樣率下，有無(wú)編碼孔徑對(duì)成像質(zhì)量和對(duì)噪聲魯棒性的影響，驗(yàn)證了壓縮編碼孔徑成像方法的有效性;
　　(2)將壓縮編碼孔徑成像拓展到彩色成像領(lǐng)域，給出了基于RGB三通道的壓縮編碼孔徑彩色成像系統(tǒng)(CCACI)。該彩色成像系統(tǒng)使用不同的編碼孔徑，對(duì)彩色圖

5、像的RGB三通道分別進(jìn)行壓縮測(cè)量與重構(gòu)，然后合成最終的彩色圖像。在標(biāo)準(zhǔn)彩色圖像上，通過比較不同采樣率下的重構(gòu)結(jié)果質(zhì)量和魯棒性，驗(yàn)證了基于RGB三通道的壓縮編碼孔徑彩色成像方法的有效性;
　　(3)由于彩色圖像的RGB三通道之間的相關(guān)性很高，充分利用彩色三通道之間的相關(guān)性，給出了一種基于彩色通道相關(guān)性的壓縮編碼孔徑彩色成像方法(CCCACI)，將彩色圖像的通道相關(guān)性考慮到成像中，使用一個(gè)編碼孔徑，通過單次曝光同時(shí)獲得彩色RGB三通道