基于ccd圖像傳感器的壓縮成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、中文摘要隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于信息的存儲、傳輸?shù)纫笤絹碓礁撸瑝嚎s感知理論以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)奈奎斯特定律的采樣率對信號進(jìn)行采樣，大大降低了數(shù)據(jù)量，得到了飛速發(fā)展。近年來，人們研究的重點(diǎn)已經(jīng)逐漸從理論研究慢慢轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用。其中，壓縮感知理論在成像領(lǐng)域的應(yīng)用屬于前瞻性研究，設(shè)計(jì)合理有效而又簡單的壓縮成像系統(tǒng)對于這一理論的發(fā)展有著重要的推動作用。本文首先通過閱讀大量壓縮感知理論及其在成像領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)，對于信號的稀疏表示、測量矩陣的設(shè)計(jì)以及后端恢復(fù)算法的研究進(jìn)行了較為系統(tǒng)全面的綜述，并對壓縮感知在成像領(lǐng)域的

2、應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了較詳細(xì)的分析；其次，本文提出了基于CCD圖像傳感器輸出特點(diǎn)的壓縮成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)在不改變現(xiàn)有圖像探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，利用其串行輸出模擬值不可重復(fù)使用的特點(diǎn)，結(jié)合半循環(huán)半隨機(jī)的LDPC測量矩陣進(jìn)行壓縮測量，用單孔徑單次曝光的方式來實(shí)現(xiàn)壓縮感知成像，即利用CCD圖像傳感器經(jīng)過一次曝光后得到物體每個(gè)像素的模擬電壓值，通過模擬量相加電路對其進(jìn)行壓縮感知測量。同時(shí)提出了對模擬量值按行壓縮，按塊重構(gòu)的重構(gòu)方法。再次，本文基于50%采樣率的半循環(huán)半隨機(jī)的LDPC測量矩陣構(gòu)造了另外三種壓縮成像測量矩陣，并

3、對其進(jìn)行了相干性說明；最后，本文通過Matlab和Proteus軟件對所設(shè)計(jì)的成像系統(tǒng)進(jìn)行了軟件和硬件仿真。仿真結(jié)果表明，該成像系統(tǒng)具有較高的可靠性和可行性。本文設(shè)計(jì)的壓縮成像系統(tǒng)可有效減輕后端AD的負(fù)擔(dān)及量化編碼的復(fù)雜度，最終實(shí)現(xiàn)同分辨率的成像，該成像方法不需要改變現(xiàn)有CCD圖像傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：CCD圖像傳感器；壓縮成像系統(tǒng)；壓縮感知理論ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofinformationtechnology,peoplehavemor

4、eandmorehighdemandfortheinformationstorageandtransmission.ThesamplingrateofcompressedsensingtheoryisfarlessthanconventionalNyquisttheory’swhensignalissampled,whichgreatlyreducestheamountofdata,soithasbeenrapidlydeveloped.Inrecentyears,theresearchfocusofpeopl

5、eforcompressedsensingtheoryhasgraduallyshiftedfromtheoreticalresearchtopracticalapplication.Amongthem,theapplicationofcompressedsensingtheoryintheimagefieldisleading.Itisimportanttodesignareasonableandeffectivecompressiveimagingsystemforthedevelopmentofthist

6、heory.Firstly,throughreadingalargenumberofpapersaboutcompressedsensingtheoryandimagingfield,threecoreissuesofcompressedsensing,includingthesparsesignalrepresentation,designofthemeasurementmatricesandtherecoveryalgorithmareoverallconducted,andtheapplicationex

7、amplesofcompressiveimagingareanalyzedindetail.Secondly,thedesignofimagingsystemisproposedwhichisbasedonCCDimagesensoroutputcharacteristics.Intheconditionofunchangingtheinternalstructureoftheexistingimagedetector,thesystemcombineswiththehalf-cyclesemi-randomL

8、DPCmeasurementmatrixandusessingleexposuresingleaperturetocompressandmeasure,achievingcompressivesensingimagingbyusingthecharacteristicsofsearialoutputanalogvaluenotbeingusedrepeatly.Thatistosay,