胶片薄膜光学小波滤波器的研究及其实现

论文摘要

光学小波变换是近年来发展起来的实时处理信号的一种方法,它结合了小波变换和光信息处理的优点,以并行性和高速实时性为特点,为图像数据压缩提供了一个有效途径。这在需要大量图像数据传输的系统,如太空遥感、森林防火等领域有很大的应用前景。光学小波变换在模式识别和纹理分割方面已取得一定的成果,而对于用光学小波变换实现图像数据压缩的报道很少,其主要原因是它对整个光学变换系统的精度要求比其它应用高得多。在典型的光学4f系统的谱面上加滤波片是实现光学小波变换的常用方法。可以用光栅、空间光调制器、计算全息、胶片作为滤波片。论文研究了在4f系统的谱面上加胶片作为滤波片来实现小波变换的方法。主要工作如下:(1)研究了胶片的制作:分析了激光打印机、热升华打印机、胶片记录仪的优缺点,结合课题要求,确定胶片记录仪作为胶片制作仪器。(2)分析了胶片的误差:设计了一系列的样本图像作为色标,通过扫描仪和Matlab对胶片制作的样本图像进行定量定性的分析,得到不同颜色通道的误差特性曲线。(3)通过多项式拟合,寻求胶片图像均值与标准图像均值间的函数f(x),使f(x)与标准的数据点最接近。(4)胶片一旦制作,难以修改,针对胶片的加工工艺误差,利用神经网络自学习特性对胶片制作误差进行分析,用胶片制作误差修正神经网络权值。若用网络输出结果对标准图像进行预畸变处理,则制作后胶片图像的灰度值趋进标准图像的灰度值。研究结果表明:以24bit的彩色图像为分析基础,胶片图像的灰度级与原始图像的灰度级之间并非线性对应,R、G、B三通道的精度略有差异,R通道的性能最优,B通道的性能最差,当各通道灰度级以相同规律变化时,引入的误差最小。经多项式拟合拟合后,均值的平均峰值信噪比可提高10~20dB。而文中确定的网络模型能够稳定地收敛于较高的精度,为后续的误差补偿提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 光学信息处理的发展
• 1.2.2 光学小波的发展
• 1.3 论文研究的意义和主要内容
• 1.4 论文安排内容
• 2 空间滤波
• 2.1 引言
• 2.2 4f 空间滤波器系统
• 2.3 几种典型的光学滤波器比较
• 2.3.1 光栅
• 2.3.2 空间光调制器
• 2.3.3 计算全息
• 2.4 小结
• 3 胶片
• 3.1 引言
• 3.2 胶片的基本特性
• 3.2.1 感光度
• 3.2.2 颗粒度
• 3.2.3 解像力
• 3.2.4 锐度
• 3.2.5 反差
• 3.2.6 宽容度
• 3.2.7 灰雾密度
• 3.3 胶片的种类
• 3.3.1 负片
• 3.3.2 正片
• 3.4 胶片的输出设备
• 3.4.1 激光打印机
• 3.4.2 热升华打印机
• 3.4.3 胶片输出仪
• 3.5 小结
• 4 胶片测试图像设计
• 4.1 空间频率的选择
• 4.2 图像像素数的选择
• 4.3 胶片测试图像的设计
• 4.4 小结
• 5 胶片图像误差分析
• 5.1 引言
• 5.2 误差测量设备
• 5.3 误差测试数据
• 5.3.1 图像continuouseight 的分析
• 5.3.2 图像samegrayeight 的分析
• 5.3.3 图像leapeight 分析
• 5.3.4 图像sameleapeight 的分析
• 5.3.5 图像imsynleapeight 的分析
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 小结
• 6 胶片误差特性的神经网络分析
• 6.1 引言
• 6.2 人工神经网络概述及应用
• 6.3 BP 神经网络方法研究
• 6.3.1 BP 网络概述
• 6.3.2 BP 学习算法概述
• 6.4 BP 网络模型建立
• 6.4.1 学习样本的确定
• 6.4.2 学习样本数量的确定
• 6.4.3 隐含层数的确定
• 6.4.4 隐含层神经元数目的确定
• 6.4.5 BP 网络常用传递函数
• 6.4.6 初始权值的选择
• 6.4.7 学习算法的选择
• 6.4.8 输入样本的归一化
• 6.4.9 网络训练
• 6.5 BP 网络仿真实现
• 6.5.1 BP 网络算法流程图
• 6.5.2 实验结果及数据分析
• 6.6 小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 参加的课题
• B. 发表的论文