海洋生物全息圖自動再現關鍵技術的研究.pdf

1、數字全息技術已逐漸成為海洋浮游生物及無機粒子研究與分析的重要工具之一，利用數字全息技術制作的電子全息相機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粒子，可以為研究它們的科學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處理，進而延誤了科學家對海洋生物及粒子的研究。要想快速處理這樣龐大的數據，首要解決的是單幅全息圖的快速自動再現(又稱重建)。自動再現即計算機依據極值搜索策略，通過不斷判定再現

2、像聚焦評價函數值，自動確定最佳再現距離以獲得清晰再現像的過程。另外，由于電子全息相機自身光學元件的影響，全息視頻常常含有較嚴重的斜條紋噪聲。斜條紋噪聲的存在嚴重影響了全息圖再現像的質量，給后期目標提取等操作造成很大的困擾，還會對再現像聚焦評價函數的評價效果造成一定的影響，進而影響到全息圖自動再現的實現。綜上，研究一套快速自動再現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，間接促進海洋生物科學和海洋環(huán)境科學的發(fā)展。
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3、論文以進一步提高全息圖自動再現速度為目的，對海洋生物全息圖再現算法、抑制斜條紋噪聲的方法、聚焦評價函數及極值搜索策略等影響快速自動再現的關鍵技術進行深入的研究和分析，提出相應的解決辦法，并對具有代表性的實拍同軸海洋浮游生物全息圖進行了測試，以期實現海洋生物全息圖的快速自動再現。創(chuàng)新工作如下：
　　1.針對全息圖自動再現中影響聚焦評價函數工作的因素——斜條紋噪聲，進行現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，提出一種復合

4、斜條紋噪聲抑制方法。為準確定位周期斜條紋噪聲的頻率位置，提出了擬合函數與閾值相結合的頻域定位方法；為更好地抑制周期斜條紋噪聲而不對有用信息造成損失，提出利用帶有補償的高斯陷波濾波器進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行抑制。對提出的方法進行實驗測試，結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再現的關鍵因素之一——聚焦評價函數，對現有常用聚

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

6、所有測試的全息圖均具有較好的評價效果。
　　3.針對影響全息圖快速自動再現的關鍵因素之一——極值搜索策略，存在的起點敏感和搜索速度慢的問題，先對現有常用極值搜索策略進行了研究，后對其中兩種極值搜索策略(模型搜索策略和五點搜索策略)進行單獨探討，在此基礎上提出一種五點模型極值搜索策略。為改善五點搜索模型的冗余搜索及起點敏感問題，建立聚焦評價函數曲線三點形態(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