[发明专利]一种动态场景下的压缩感知测量方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及压缩感知光学成像技术领域，特别是一种动态场景下的压缩感知测量方法及其系统。

背景技术

传统的信号采样遵循奈奎斯特采样定律，要求采样系统至少以信号最高频率的2倍进行采样，而在实际应用中需要保证采样频率为最高频率的5-10倍。随着信息时代高速发展，测量系统一方面需要更高的采样频率，另一方面需要更复杂的硬件设备来处理采集的数据，这样必然增加对硬件的难度要求，提高系统的复杂度和能量消耗。在很多领域中，需要使用多个波段或特殊波段对目标进行探测，如在医学领域，研究人员需要根据病变组织以及器官的大小选择合适的波长进行成像，这种方式有助于选择有效的治疗方法来提高医学诊断的准确率。在军事领域，侦查卫星、飞机观察地面物体时需要几十个甚至上百个波段上对可能的目标物体进行分析，从而可以获取更加精确的信息，提高对自我的保护能力和对敌方的精确打击能力。传统的成像设备通常以CCD或CMOS作为传感器，但这类传感器无法在非可见光和极弱光强等特殊条件下正常工作。

Candès和Donoho在2006年提出的压缩感知理论成为了近年来研究的热门，它改变了以奈奎斯特采样定律为指导的采样模式，具有采样量少和对采集端硬件要求低等优点，为采用少数传感器即可获得高分辨信号提供了新的方向和理论基础。2008年Rice大学的Baraniuk教授提出了将压缩感知应用于光学成像的想法，随后建立了实际的“单像素相机”成像系统并取得实验阶段的成功，验证了压缩感知理论在实际应用中的可行性。相比于现有的成像技术，压缩感知成像减少了测量数据个数和数据存储空间，降低了系统在采样端的硬件要求，但增加了测量次数和后续图像重构的时间。

压缩感知成像是针对同一目标物体进行多次测量，并且要求在测量过程中目标物体的信息不发生改变。然而，在压缩感知成像的多次测量过程中目标物体所受的光照强度难免发生改变，从而使得被测量对象在整体或局部上都存在明显差异，也就是被测量对象不一致。这就导致了压缩感知成像的重构结果不精确，甚至在测量过程中因光强发生较大变化出现无法重构出预期图像结果的现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种动态场景下的压缩感知测量方法及其系统，本发明可以通过检测压缩感知测量过程中目标物体图像的总光强的变化情况，利用该变化情况消除或降低压缩感知测量过程中目标物体图像发生改变带来的影响，从而在目标物体图像发生改变的情况下能够准确获得目标图像的目的，本发明的装置结构简单，操作简便。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种动态场景下的压缩感知测量方法，对目标物体图像进行压缩感知测量的同时感知目标物体图像总光强变化情况，根据对目标物体图像的总光强测量结果确定一个目标物体图像的总光强常量，根据总光强常量来消除压缩感知测量过程中测量对象的差异，从而实现压缩感知成像。

作为本发明所述的一种动态场景下的压缩感知测量方法进一步优化方案，具体包括如下步骤：

步骤一、将目标物体图像分为无差异的两幅图像，对其中的一幅图像进行全局测量即直接测量目标物体图像的总光强，对另一幅图像同时进行压缩感知测量；

步骤二、对步骤一中测量出的目标物体图像的总光强进行处理，计算得到一个确定的常数，以此常数作为总光强常量；

步骤三、根据总光强常量对压缩感知测量结果进行处理以消除或降低测量对象存在差异带来的影响；

步骤四、将处理过的压缩感知测量结果和压缩感知的测量矩阵作为已知条件，利用优化算法重构出目标物体图像。

作为本发明所述的一种动态场景下的压缩感知测量方法进一步优化方案，获取总光强常量的方法是采用最小二乘法，使得全局测量结果与该总光强常量的残差平方和最小。

基于上述的一种动态场景下的压缩感知测量方法的测量系统，包括分光镜、第一成像透镜、第一数字微镜、第一聚焦透镜、第一探测器模块、第二成像透镜、第二数字微镜、第二聚焦透镜、第二探测器模块和处理器；其中，

分光镜，用于将目标物体图像的入射光分为两路：第一路入射光和第二路入射光，且这两路的图像信息是一致的；第一路入射光是从分光镜的表面反射出去，第二路入射光是从分光镜透射出去；

第一成像透镜，用于将第一路入射光投影在第一数字微镜的表面；

第一数字微镜，用于将接收的第一路入射光全部反射至第一聚焦透镜；

第一聚焦透镜，用于将第一数字微镜上的反射光汇聚在第一探测器模块；