[发明专利]基于压缩采样的主动成像方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及主动成像领域，具体地，涉及基于压缩采样的主动成像方法和装置。

背景技术

在成像系统中，根据有无照明光源，分为主动成像和被动成像两种成像方式。被动成像最大的特点是本身不带光源，依赖目标或环境反射太阳等自然光或目标自身辐射，使用成像设备检测这些微弱信号并最终成像。主动成像是指利用人工照明的方式，采用一个人造光学辐射源照射目标，并利用接收机收集和探测目标景物直接或反射后的部分辐射并最后成像。由于激光具有高强度、高准直性、单色性好、易于同步等优点，因而在主动成像系统中常常采用激光器作为照明光源来照射目标，探测激光脉冲回波信号，获得目标的高分辨率图像。利用激光主动成像技术与先进的图像处理技术相结合探测目标，可以在零照度条件下，随时在所关心的区域内进行目标探测。

压缩采样技术是一种新型的信号采集技术，其本质是对有用信息进行采集而抛弃无用信息，使得信号的采集效率更高，克服了奈奎斯特定律的限制，把信号采样和信号压缩同时进行。单像素成像是压缩采样技术在成像领域的重要应用，利用压缩采样原理，只需要单个像素的探测器就可以实现整幅图像的获取，大大降低了图像的存储和传输数据量，提高了成像灵活性。传统单像素成像的基本结构是包括光学透镜、数字微镜阵列(DMD)和单像素探测器等。利用光学透镜把成像光束映射到数字微镜阵列上，通过数字微镜阵列的镜片调整，获得随机测量矩阵。然后再把数字微镜阵列反射的光再通过一个光学透镜聚焦到焦点上，在焦点位置放置一个单像素探测器进行信号的探测，构成一次图像测量。经过多次这样的测量过程，获得足够的数据，再通过相应的压缩采样算法进行图像的恢复。通常测量次数为图像像素点的20％就可以实现大部分图像的恢复。由此可知，采用压缩采样的单像素成像系统可以把图像的数据量降低一个数量级，而且把压缩和采样两个过程结合在一起，简化了成像系统。但是，这种方法有个很大的缺陷，那就是数字微镜阵列通常是微机械结构或者液晶装置，这使得微镜阵列在调整随机矩阵的时候速度过慢，成像速度大大降低，不超过100帧/秒，这使得单像素成像系统只能用来拍摄静止或者准静止的图像，而不能获取高速图像和视频，严重限制了单像素成像的应用范围。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于压缩采样的主动成像系统的成像方法，包括：使用脉冲光信号发生装置产生脉冲光信号；将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制；将经过第一光谱调制后的脉冲光信号输入到光成像装置；使用从所述光成像装置输出的脉冲光信号照射目标场景；使用光采集装置采集所述目标场景的反射光；使用图像重构装置对所述反射光进行图像重构。

可选地，所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤包括：根据期望的成像图像的分辨率产生伪随机码；将伪随机码调制到脉冲光信号的光谱上。

可选地，所述期望的成像图像的像素点数为N，则所述伪随机码包括M的序列，每个所述序列包括N个码片。

可选地，M是N的20％-40％。

可选地，所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤之前，还包括：将所述脉冲光信号的频谱在时域上展开。

可选地，所述脉冲光信号发生装置包括：有脉冲输出的光源。

可选地，所述脉冲光信号发生装置包括：超短光脉冲源。

可选地，所述光成像装置包括：散射光栅和第一透镜；所述将经过第一光谱调制后的脉冲光信号输入到光成像装置的步骤包括：将调制后的脉冲光信号输入到散射光栅进行光谱的散射；将散射后的脉冲光信号通过第一透镜进行聚焦。

可选地，所述光成像装置还包括：偏振调整器件；所述将经过第一光谱调制后的脉冲光信号输入到光成像装置的步骤包括：将调制后的脉冲光信号输入到偏振调整器件进行偏振调整；将进行偏振调整后的脉冲光信号输入到散射光栅进行光谱的散射；将散射后的脉冲光信号通过第一透镜进行聚焦。

可选地，所述光成像装置包括：第一透镜；使用从所述光成像装置输出的脉冲光信号照射目标场景的步骤包括：所述目标场景放在所述第一透镜的焦点处；使用从所述第一透镜透出的脉冲光信号照射所述目标场景。

可选地，所述光采集装置包括：第二透镜；使用光采集装置采集所述目标场景的反射光的步骤包括：将所述第二透镜放在一固定位置，在该固定位置，所述目标场景到所述第二透镜的距离为所述第二透镜的焦距。