基于元素图像的光子计数集成成像研究

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微弱光环境中人眼无法有效成像,需要借助光学探测器和算法获得微弱光图像。光子计数集成成像是一种利用光子计数成像和三维集成成像相结合的技术。通过采集多视角下二维光子计数图像弥补了单张光子计数图像采样不足的劣势,提供了微弱光环境下的三维图像,是目前最具发展潜力的微弱光环境成像技术之一。为了提高重构图像的质量,在光子计数集成技术研究中,研究人员主要针对光子计数图像的泊松特性,进行重构算法的改进研究;利用元素图像提高成像质量的研究较少。因此本论文开展基于元素图像的光子计数集成成像技术研究。本文首先分析了三种三维集成成像技术不同方法的优点和缺点,发现在图像采集过程中,元素图像受光学器件的误差影响极大。为了降低该影响,我们研究了基于计算机生成集成成像(CGII)的光子计数集成成像方法。图像的采集过程在虚拟软件中进行,通过软件模拟相机阵列对三维物体进行元素图像采集。在上诉基础上,结合最大似然估计和贝叶斯估计重构算法对元素图像进行图像重构,验证了CGII方法的有效性。并使用峰值信噪比(PSNR)分析了两种不同重构算法重构图像质量与光子数的关系。其次,本文针对光子计数图像的泊松特性,利用复合光子计数算法(CMLE)提高元素图像质量;结合基于Lucy-Richardson(LR)算法的图像修复方法,进一步提高元素图像的质量。针对CMLE结合LR算法,进行仿真实验,分析了迭代次数对元素图像的影响,发现迭代120次后元素图像的PSNR趋于稳定;在此基础上使用最大似然估计算法进行重构,结果显示,使用CMLE+LR算法能有效提高重构图像质量,PSNR提高了1.416dB。进行了重复性仿真实验,对不同模型,重构图像质量的PSNR提高了1.642dB,证明了算法的有效性。
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