單像素數(shù)碼相機的研究.pdf

1、2006年，Duarte M F、Davenport M A、Takhar D等人結(jié)合壓縮傳感理論與光學成像，成功地設計出了單像素數(shù)碼相機。單像素數(shù)碼相機嚴格地滿足壓縮傳感理論，驗證了壓縮傳感理論的正確性，也打破了現(xiàn)在現(xiàn)代相機單一性地向高像素發(fā)展的模式，實現(xiàn)了只用一個單光子探測器以及遠小于原圖像信息的數(shù)據(jù)就可以重構(gòu)出高像質(zhì)的圖像的目的，使數(shù)碼相機的發(fā)展不再受限于電子傳感器的大小，開辟了數(shù)碼相機發(fā)展的新方向。單像素數(shù)碼相機因其許多獨特的優(yōu)

2、點而備受關注，成為未來數(shù)碼相機發(fā)展的趨勢之一。針對單像素數(shù)碼相機的深入研究，本文主要完成了以下幾個方面的工作：
　　（1）系統(tǒng)地介紹了單像素數(shù)碼相機的理論基礎——壓縮傳感理論，詳細地介紹了壓縮傳感理論的三個主要內(nèi)容：稀疏表示信號、測量矩陣和重構(gòu)算法。
　?。?）針對壓縮傳感理論的重構(gòu)算法的不足之處提出了三個方面的改進，包括：1）根據(jù)圖像特征判斷進行貪婪算法重構(gòu)圖像時選擇逐行還是選擇逐列重構(gòu)；2）提出自適應迭代次數(shù)的MP算法和

3、OMP算法；3）結(jié)合距離與內(nèi)積的匹配準則的貪婪追蹤算法。通過用Matlab仿真，比較這三種改進后的重構(gòu)算法與改進前的重構(gòu)算法獲得的像質(zhì)的高低，從而說明三種改進后的重構(gòu)算法有利于進一步的提高像質(zhì)。
　　（3）詳細的介紹了單像素數(shù)碼相機的理論，包括：1）經(jīng)典的單像素數(shù)碼相機的結(jié)構(gòu)圖、實驗原理；2）單像素數(shù)碼相機的核心器件——DMD；3）在不改變測量次數(shù)的前提下，提出了通過增加DMD的負12度的方向的光線收集，達到充分利用DMD全部像素

4、以及提高重構(gòu)質(zhì)量的目的；4）介紹了DMD可以加載的測量矩陣——部分哈達瑪矩陣、置亂二值分塊對角矩陣、稀疏隨機二值矩陣、托普利茲和循環(huán)測量矩陣，同時對具有很大發(fā)展?jié)摿Α⒑芸赡軐崿F(xiàn)硬件化的置亂分塊哈達瑪稀疏矩陣進行了介紹；5）闡述了在重構(gòu)算法中對測量矩陣和目標圖像的重新排列的方法，顯示了仿真的結(jié)果；6）列舉了單像素數(shù)碼相機的一系列優(yōu)點，說明了研究單像素數(shù)碼相機的意義；7）列舉了單像素數(shù)碼相機實驗的要求和注意事項。
　　（4）對單像素數(shù)