[发明专利]一种视频压缩采集系统及其采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频压缩成像装置及其视频压缩采集方法，特别涉及一种视频压缩采集系统及其视频压缩采集的方法。

背景技术

遥感成像、机器视觉、生物成像等诸多领域的应用发展对高帧频高分辨率图像连续采集技术提出了新的要求。在过往十年中，随着探测器性能和图像采集技术的不断提升，数字相机单幅图像的像素数由“兆”（百万）量级迈入“吉”（十亿）量级，图像帧频由每秒百帧突破每秒千帧达到每秒万帧，这使大阵列图像的高频采集所获视频的数据率达到每秒“艾”（百亿）像素的量级。如此高的数据率给系统带宽和存储容量等数据管理资源带来极大负担，高带宽的数据输出和存储又增大了成像系统所需耗费的电功率，这使高分辨率高帧率的视频采集技术难以被应用于资源受限的平台，其实际应用能力受到了限制。

为克服大数据率成像的数据管理问题，先前技术在数据传输和存储两端对其进行压缩和解压缩，这在一定程度上减轻了数据管理资源面临的巨大负担。然而，额外的数据压缩和数据解压过程需通过特定的数据处理模块予以实现，后者提高了系统设计和构成的复杂度，增加了硬件开销，此外，数据的压缩和解压进一步增加了成像数据的处理耗时和功率开销。

压缩感知技术在过去十年得到了持续研究和广泛关注。在本发明作出之前，文献“Single-Pixel Imaging via Compressive Sampling”（IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE，MARCH 2008，83-91,2008）和“ Development of a DMD-based Compressive Sampling Hyperspectral Imaging (CS-HSI) System”（Proc. of SPIE，7932,79320I,2013）报道了将成像技术与压缩感知技术融合，成功研制了种类繁多的压缩成像系统。压缩成像系统首先对景物的光学信息进行一定的预处理，再将目标信息投射至面阵、线阵直至点探测器上，成像信息经空间维的压缩后，探测器采集到的是关于景物原始信息的压缩图像，基于压缩图像利用最优化算法可对目标原始信息进行重建。近年来，压缩成像从最初的灰度成像拓展至彩色成像、光谱成像等方向，并已被成功应用于偏振成像、层析成像等应用领域。

中国发明专利“基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统”（CN102821236A），该成像系统采用顺序结构，将图像通过聚焦透镜成像于数字微镜器件DMD，由构造的随机行测量矩阵控制DMD的微镜角度对图像的行信息进行处理；将获取的行信息通过微透镜阵列聚焦于线阵CMOS图像传感器上，由构造的随机列测量矩阵控制CMOS传感器像素读取对图像的列信息进行处理，至此实现一次成像过程，通过一定次数的成像过程获取图像的压缩信息，完成整个压缩成像。所述方法的不足主要有两点：一是其与现有众多基于压缩感知的压缩成像方法一样，实现了图像信息在空间维的压缩，但无法实现连续视频图像数据在时间维的压缩，二是其选取了数字微镜器件（DMD）实现图像信息的预处理，这需要额外耗费巨大的电功率和信号带宽。中国发明专利“基于压缩感知的高光谱成像仪及成像方法”（CN101893552A），成像仪包括透镜组、色散元件、空间光调制器、线列探测器和外围电路;被采集的线光源经过色散元件在空间上分开形成由空间维和光谱维组成的面光源,该面光源通过空间光调制器调制后在空间维的方向上重新汇聚,形成由光谱维组成的线光源,由线列探测器完成采样和量化;其成像方法是利用得到的高光谱压缩观测向量,通过分组及重构,得到高光谱图像。所述的方法实现了光谱数据立方体中一维空间信号和一维光谱信号的压缩，使三维光谱数据立方体得以降维至一维采集，但仅实现了采集目标的光谱图像，无法对连续视频信号在时间域的压缩及采集。