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基于信息理论的采样成像系统评价与系统技术研究

迟学芬  
【摘要】: 本文研究基于信息理论的采样成像系统评价方法,系统光电一体化设计方法和欠采样噪声的处理方法。 文中首先论述了用信息理论研究采样成像系统的理论依据。讨论了光学系统信息量的度量。用概率论解释了图像的强度分布,从而可以根据信息理论计算图像信息量。采样成像系统包括光学系统和电学系统,信息量是评价这个光电综合系统的统一的参量。信息量也是进行采样成像系统光电一体化设计的理想参量。 本文推导了采样成像系统的数学模型,面向应用建立了系统应用分析模型。通过计算机仿真,评价采样成像系统。评价参量为系统端到端平均互信息量。根据信息理论,互信息量最大的系统设计为优化设计。相对于保真度,信息量对成像质量的变化更为敏感,信息量的大小与图像的清晰度、尖锐度、边缘效果紧密相连。互信息量是系统设计参数的函数,因此,根据互信息量可以评价系统设计,优化系统设计。 基于信息理论的采样成像系统光电一体化设计是本文的研究要点之一。现代采样成像系统中,欠采样是普遍的,欠采样噪声与光学模糊效应的涨落和平衡,制约成像质量。本文提出光学成像系统与CCD图像探测系统的宏观匹配特性和匹配条件,为光电一体化设计提供理论依据。本文研究了采样间隔与采样目标统计特性的关系,研究结果表明,当采样间隔与采样目标的平均空间细节接近的时候,系统平均互信息量最大,成像质量最佳。 欠采样噪声产生分布于整个画面的小尺寸附加像,给目标识别等应用带来困难。CCD空间推扫遥感成像中,特殊的应用条件,使得欠采样噪声效应尤为强烈。本文推导并优化了CCD图像采集系统中消欠采样噪声算法,提出新的CCD推扫和采样数据处理方法,在CCD只能有推扫方向位移的遥感成像应用条件下,得到多幅在两个方向上有不同位移量的图像,从而消除了图像中的欠采样噪声。 中国科学院博士学位论文:基于信息理论的采样成像系统评价与系统技术研究 文中翔实的数字图像处理实验,证明了本文提出的光电系统匹配设 计条件和欠采样噪声处理方法的有效性。


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