折反射全向非均勻壓縮成像技術(shù)研究.pdf

1、折反射全向成像技術(shù)憑借一次性無縫獲得三維空間360度全方位場景信息的優(yōu)勢，成為近年來全方位成像領(lǐng)域研究的熱點方向。然而，隨著研究的深入和應(yīng)用的推廣，折反射全向成像所固有的空間分辨率低、內(nèi)外環(huán)分辨率不均勻的問題成為限制其應(yīng)用推廣的主要因素。
　　近年來興起的壓縮感知理論為解決困擾已久的折反射全向成像分辨率問題提供了一條可行的新思路。壓縮感知理論建立在信號稀疏或可壓縮基礎(chǔ)之上，將信號采樣和壓縮結(jié)合在一起，對高維信號進行非相干測量實現(xiàn)信

2、號的壓縮采樣，通過遠低于傳統(tǒng)方法獲取的數(shù)據(jù)量重構(gòu)出原始信號，使得高分辨率信號的采集成為可能。本文基于壓縮感知理論框架研究解決折反射全向成像的分辨率問題，主要工作包括：
　　1．適應(yīng)全向圖像分辨率特性的非均勻測量矩陣設(shè)計
　　由于曲面反射鏡的作用，使得折反射全向圖像的空間分辨率從外環(huán)到內(nèi)環(huán)逐漸降低，傳統(tǒng)的均勻測量矩陣設(shè)計方式不再適用于全向圖像處理。因此，本文結(jié)合折反射全向圖像的空間分辨率分布規(guī)律，研究適合全向圖像的非均勻測量矩

3、陣設(shè)計方法。首先從立體角的角度出發(fā)推導(dǎo)折反射傳感器與所采用的普通傳感器之間的分辨率約束關(guān)系；接著根據(jù)重構(gòu)信號的均方誤差與信號稀疏度、測量次數(shù)的關(guān)系，設(shè)計了基于全向圖像分辨率的非均勻測量矩陣，通過設(shè)計的測量矩陣，將較多的傳感資源分配給全向圖像內(nèi)環(huán)，而將較少的傳感資源分配給外環(huán)，從而實現(xiàn)場景的非均勻壓縮采樣；最后通過實驗驗證了本文設(shè)計方式的正確性和解決全向圖像分辨率問題的有效性。
　　2．基于全向全變分的全向圖像稀疏重構(gòu)算法
　

4、　折反射全向圖像由于曲面鏡的反射作用，導(dǎo)致全向圖像存在嚴重的畸變，傳統(tǒng)的梯度計算方法在進行全向圖像處理時不能很好地符合折反射成像特點。為此，本文研究了結(jié)合全向圖像特點的稀疏重構(gòu)算法。首先分析了全向圖像的梯度特點，提出了一種新的基于雙向映射的全向圖像梯度計算方法；在此基礎(chǔ)上，提出一種基于全向圖像梯度的全變分模型——全向全變分，并在基于TV范數(shù)進行全向圖像重構(gòu)時，采用全向全變分作為目標函數(shù)，進行模型的求解，從而高質(zhì)量的重構(gòu)出全向圖像。實驗表

5、明，本文算法的主客觀效果均優(yōu)于傳統(tǒng)TV模型，并且明顯提高了全向圖像內(nèi)環(huán)的重構(gòu)質(zhì)量。
　　3．折反射全向壓縮成像硬件實現(xiàn)
　　從成像系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)角度出發(fā)，探討通過何種物理器件，能夠使得系統(tǒng)對場景進行壓縮采樣。首先介紹了并行壓縮成像模式中壓縮編碼孔徑的基本思想，在此基礎(chǔ)上提出了隨機點擴散函數(shù)的編碼掩膜設(shè)計方法，避免了高維測量矩陣的存儲；然后探討了編碼孔徑的實現(xiàn)方式，提出了基于中繼透鏡和可編程器件的編碼孔徑實現(xiàn)方式；最后通過實