[发明专利]编码模板多目标超分辨率成像系统及方法

权利要求书

1.一种编码模板多目标超分辨率成像系统，其特征在于，所述系统包括：望远镜单元、成像透镜单元、光扩束准直单元、数字微阵列反射镜单元、汇聚透镜、光电探测器、压缩算法模块、解码与稀疏线性算法模块组成；其中，

所述望远镜单元包括凹面反射镜(1)、凸面反射镜(2)和反射镜(3)；

成像透镜单元包括第一成像透镜(4-1)和第二成像透镜(4-2)；

数字微阵列反射镜单元包括第一数字微阵列反射镜(6-1)、第二数字微阵列反射镜(6-2)和第三数字微阵列反射镜(6-3)；

通过第一成像透镜(4-1)成像后，经过光扩束准直透镜(5)将多目标图像映射到第一数字微阵列反射镜(6-1)表面，通过控制第一数字微阵列反射镜(6-1)将非目标物体的背景光反射出后续光学系统；使背景杂散光反射到收光器(7)；控制第一数字微阵列反射镜(6-1)将多目标物体光场反射到第二数字微阵列反射镜(6-2)，经其对图像进行编码孔径编码后，入射到第三数字微阵列反射镜(6-3)，对编码图像进行随机光学调制后，通过第二成像透镜(4-2)成像后，再通过汇聚透镜(8)汇聚后入射到光电探测器(9)，经压缩算法模块(10)重构多目标编码图像，再经过解码与稀疏线性算法模块(11)，对编码图像解码后形成低分辨图像，再通过该模块对所有探测器获得的多个低分辨率图像的每个像素灰度值列出稀疏线性方程组，求解最小二乘解即可获得多目标物体的超分辨率图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一成像透镜(4-1)对望远镜入射光进行成像，所述第二成像透镜(4-2)用于对编码图像随机空间光调制后成像；所述第一数字微阵列反射镜(6-1)用于将多目标图像中的非目标的背景光和杂散光反射到收光器(7)，将有效多目标图像反射到第二数字微阵列反射镜(6-2)上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二数字微阵列反射镜(6-2)用于将多目标图像进行Hadamard编码或快速Hadamard变换算法对图像进行编码；其中Hadamard编码采用H矩阵或S矩阵，所述S矩阵为N阶循环S矩阵，基于m序列构造的循环S矩阵；其中N阶循环S矩阵的阶数是7、11、15、19、23、27数值，阶数越高分辨率越高；所述数字微阵列反射镜单元还包括液晶空间光调制器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三数字微阵列反射镜(6-3)用于将多目标编码图像进行随机空间光调制后，通过第二成像透镜(4-2)对随机调制后的编码图像成像，然后输入到汇聚透镜(8)；所述汇聚透镜单元由汇聚透镜(8)将第三数字微阵列反射透镜(6-3)随机光调制后的图像汇聚到一点，然后入射到对应的光电探测器(9)，通过汇聚透镜(8)实现高通量成像，应用于弱光、超弱光和单光子成像。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电探测单元由光电探测器组(9)接收对应汇聚透镜(8)汇聚后的光信号，然后输入到对应压缩算法模块(10)，其中所述光电探测器组包括M个点探测器，每个点探测器采用紫外、可见光、红外线阵光电探测器或单光子探测器，以光学光谱范围或超高灵敏探测；其中单光子探测器是紫外、可见光、红外雪崩二极管，固态光电倍增管或超导单光子探测器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩算法模块(10)采用下列任意一种算法实现压缩感知：贪心重建算法、匹配跟踪算法MP、正交匹配跟踪算法OMP、基跟踪算法BP、LASSO、LARS、GPSR、贝叶斯估计算法、magic、IST、TV、StOMP、CoSaMP、LBI、SP、l1_ls、smp算法、SpaRSA算法、TwIST算法、l₀重建算法、l₁重建算法、l₂重建算法，稀疏基可采用离散余弦变换基、小波基、傅里叶变换基、梯度基或gabor变换基；通过使用上述压缩算法模块重构出光电探测器组对应的M个编码图像。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述解码与稀疏线性算法模块(11)通过对N个编码图像进行解码后形成低分辨率图像，然后通过M个图像中相关区域的每个像素灰度值列出线性方程组，构成稀疏线性方程组，求解最小二乘解即可获得多目标物体的超分辨率图像。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三数字微阵列反射镜(6-3)与M个光电探测器组(9)之间同步，所述第三数字微阵列反射镜(6-3)中的微镜阵列每翻转一次，光电探测器组(9)中的每个独立探测器在该翻转时间间隔内累计探测到达所有光强，实现光电信号采集转换，然后送到对应的压缩算法模块(10)。