海洋生物全息圖自動(dòng)再現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、數(shù)字全息技術(shù)已逐漸成為海洋浮游生物及無機(jī)粒子研究與分析的重要工具之一，利用數(shù)字全息技術(shù)制作的電子全息相機(jī)可以非介入式和無破壞性地拍攝自然狀態(tài)下的海洋生物和無機(jī)粒子，可以為研究它們的科學(xué)家提供寶貴的三維立體資料。但拍攝回來的全息視頻容量一般較大，靠人工的方式得不到及時(shí)處理，進(jìn)而延誤了科學(xué)家對海洋生物及粒子的研究。要想快速處理這樣龐大的數(shù)據(jù)，首要解決的是單幅全息圖的快速自動(dòng)再現(xiàn)(又稱重建)。自動(dòng)再現(xiàn)即計(jì)算機(jī)依據(jù)極值搜索策略，通過不斷判定再現(xiàn)

2、像聚焦評價(jià)函數(shù)值，自動(dòng)確定最佳再現(xiàn)距離以獲得清晰再現(xiàn)像的過程。另外，由于電子全息相機(jī)自身光學(xué)元件的影響，全息視頻常常含有較嚴(yán)重的斜條紋噪聲。斜條紋噪聲的存在嚴(yán)重影響了全息圖再現(xiàn)像的質(zhì)量，給后期目標(biāo)提取等操作造成很大的困擾，還會對再現(xiàn)像聚焦評價(jià)函數(shù)的評價(jià)效果造成一定的影響，進(jìn)而影響到全息圖自動(dòng)再現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)。綜上，研究一套快速自動(dòng)再現(xiàn)全息圖的方法對快速處理海量全息視頻具有十分重要的意義，間接促進(jìn)海洋生物科學(xué)和海洋環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。
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3、論文以進(jìn)一步提高全息圖自動(dòng)再現(xiàn)速度為目的，對海洋生物全息圖再現(xiàn)算法、抑制斜條紋噪聲的方法、聚焦評價(jià)函數(shù)及極值搜索策略等影響快速自動(dòng)再現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的研究和分析，提出相應(yīng)的解決辦法，并對具有代表性的實(shí)拍同軸海洋浮游生物全息圖進(jìn)行了測試，以期實(shí)現(xiàn)海洋生物全息圖的快速自動(dòng)再現(xiàn)。創(chuàng)新工作如下：
　　1.針對全息圖自動(dòng)再現(xiàn)中影響聚焦評價(jià)函數(shù)工作的因素——斜條紋噪聲，進(jìn)行現(xiàn)有條紋噪聲抑制方法的研究及斜條紋噪聲的頻域特性分析，提出一種復(fù)合

4、斜條紋噪聲抑制方法。為準(zhǔn)確定位周期斜條紋噪聲的頻率位置，提出了擬合函數(shù)與閾值相結(jié)合的頻域定位方法；為更好地抑制周期斜條紋噪聲而不對有用信息造成損失，提出利用帶有補(bǔ)償?shù)母咚瓜莶V波器進(jìn)行周期斜條紋噪聲的抑制；為有效地抑制非周期斜條紋噪聲，提出利用局部陷波濾波器進(jìn)行抑制。對提出的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明提出的方法可以有效地抑制海洋生物全息圖的斜條紋噪聲。
　　2.針對影響全息圖快速自動(dòng)再現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一——聚焦評價(jià)函數(shù)，對現(xiàn)有常用聚

5、焦評價(jià)函數(shù)進(jìn)行深入的研究、分析和總結(jié)，提出四種基于局部方差/標(biāo)準(zhǔn)差分布的聚焦評價(jià)函數(shù)。為提高聚焦評價(jià)函數(shù)的魯棒性，采用局部方差/標(biāo)準(zhǔn)差分布替代梯度提取圖像邊緣特征。為證明新聚焦評價(jià)函數(shù)的有效性，在多幅具有代表性的海洋生物全息圖上進(jìn)行了測試，首先對提出的四種聚焦評價(jià)函數(shù)各自適用范圍和優(yōu)劣進(jìn)行了對比，然后選擇其中魯棒性最好的新聚焦評價(jià)函數(shù)與其它幾種現(xiàn)有聚焦評價(jià)函數(shù)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，與其它方法相比，提出的基于局部標(biāo)準(zhǔn)差分布的聚焦評價(jià)函數(shù)對

6、所有測試的全息圖均具有較好的評價(jià)效果。
　　3.針對影響全息圖快速自動(dòng)再現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一——極值搜索策略，存在的起點(diǎn)敏感和搜索速度慢的問題，先對現(xiàn)有常用極值搜索策略進(jìn)行了研究，后對其中兩種極值搜索策略(模型搜索策略和五點(diǎn)搜索策略)進(jìn)行單獨(dú)探討，在此基礎(chǔ)上提出一種五點(diǎn)模型極值搜索策略。為改善五點(diǎn)搜索模型的冗余搜索及起點(diǎn)敏感問題，建立聚焦評價(jià)函數(shù)曲線三點(diǎn)形態(tài)模型和提出斜率判定法；為提高搜索策略的魯棒性加入一些防干擾條件；為保證搜索精度