马尔可夫随机场在连续太赫兹波图像处理中的应用研究

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太赫兹(THz)成像以其较低的光子能量和较高的穿透能力,在医学检查、安全检测、环境监测和空间遥感等方面展现出巨大的前景。连续THz波成像系统虽不具备脉冲THz波的光谱成像能力,但是它结构简单,操作方便,并且具有相对较低的成本,快速的数据获取能力,高的信噪比,因此具有广阔的应用前景和推广价值。随着连续THz波成像研究的不断深入以及各种成像技术实用化的需求,连续THz波图像处理技术正逐渐成为一个新的研究领域。从图像中识别出有用的信息几乎是所有成像系统的最终目的,然而利用成像设备获得的原始图像并不能直观真实地反映目标的信息。噪声等因素的影响使图像偏离了真实情况,极大地影响了人们从图像中提取信息,因此非常有必要在利用图像之前对图像进行处理。本论文以连续THz波图像为主要研究对象,分析了图像的主要特征,并将马尔可夫随机场(MRF)的方法引入到图像处理中,进行了相关的应用研究。本论文首先从连续THz波图像的噪声、对比度、分辨率和成像条纹等方面对图像进行了分析,并介绍了相关实用的处理算法。利用像素行平均的方法可以抑制由于激光输出功率缓慢波动而引入的图像噪声;以处理后的THz激光光斑作为点扩散函数,利用Lucy-Richardson图像恢复算法可以增强THz图像的分辨率;利用基于离散余弦变换(DCT)的一维滤波方法可以对图像条纹频率进行提取并滤除条纹。本文通过分析连续THz波扫描图像的邻域相关性,结合MRF的定义,证实了连续THz波扫描图像的马尔可夫性,并建立了THz图像的MRF模型,给出了用于THz图像去噪和分割处理的能量函数。结合随机松驰算法(模拟退火算法)实现了THz图像MRF模型的优化过程。理论模型与算法结合的有效性在连续波THz图像去噪与分割处理中得到了有效的验证。
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