[发明专利]压缩感知成像装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及目标检测识别与成像领域，具体涉及一种压缩感知成像装置及方法。

背景技术

关联成像(correlated imaging)，也称鬼成像(ghost imaging)，是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性，通过参考光场与目标探测光场之间的强度关联运算，可以非定域地获取目标图像信息的新型成像技术。然而传统的关联成像存在采样次数较多，成像时间长，系统结构复杂的问题，并不适用于在恶劣天气或水体这种复杂多变的环境中成像。压缩感知(Compressive Sensing)技术是近年来出现的一种全新的信号采样技术，不同于传统的奈奎斯特采样定理，该技术将信号的压缩过程与采样过程同步完成，即将高维的原始信号通过观测矩阵投影到低维的空间上，以少量的投影参数通过求解优化问题高概率的重构原始信号。该技术可以有效的提高信号采样效率，降低信号处理时间和计算成本。

基于压缩感知的关联成像技术可以有效的克服传统关联成像技术关于探测时间、系统复杂度的问题。由于该技术仍然采用单像素探测器作为接收核心器件，其光电转换效率高，增益高，响应速度快，非常适合于弱光环境下的检测。由于光电探测器接收的不再是具有空间分辨率的信号，而是视场范围内的总光强值，不容易受到水中湍流、波动、杂质的干扰。另外，由于参考端采用具有调制功能的器件代替，大幅度的降低了系统复杂度和体积度，使得系统的环境适应能力和稳定性得到了大幅度的提高。

虽然压缩感知成像具有优异的弱信号检测和抗环境干扰能力，因此更适用于强散射和强吸收的成像介质。然而由于该原理为了获得距离信息，通常使用单色短脉冲激光作为光源，使得在不同的天气条件或者水体中，在没有进行波长优选的情况下，单波长的测量方式会受到环境的影响从而降低成像距离和成像质量，这种方式具有较低的环境适应能力，不利于在复杂的环境下精确地恢复目标图像。

发明内容

本发明提供了一种压缩感知成像装置及方法，以解决现有技术中存在的采用单波长的成像方式适用性较差，以及恢复的目标图像精确度低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种压缩感知成像装置，包括发射系统、多通道探测系统和中央处理系统：

所述发射单元包括沿光路依次设置的非单色光源、空间光调制器和投射单元，所述非单色光源发出的光束经所述空间光调制器调制后经所述投射单元投射至检测目标上；

所述中央处理系统包括相互连接的信号处理单元和控制单元，所述信号处理单元为并行处理计算机，所述多通道探测系统与所述信号处理单元连接，所述空间光调制器与所述控制单元连接。

进一步的，所述非单色光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源为基于LARP技术的白光源或气体放电光源或LED光源或自然光源。

进一步的，所述多通道探测系统包括沿光路依次设置的通道选择单元和光电探测器，所述光电探测器为单像素探测器，且与所述信号处理单元连接。

进一步的，所述非单色光源为由若干波长不同的单色光源组成的光源阵列。

进一步的，所述多通道探测系统包括沿光路依次设置的通道选择单元和光电探测器，所述光电探测器为单像素探测器，且与所述信号处理单元连接。

进一步的，所述通道选择单元为旋转滤光片，分时透过所述不同波长的反射光。

进一步的，所述多通道探测系统包括用于收集所述检测目标的反射光束的收光单元、与所述收光单元连接的分束单元以及与所述分束单元对应的若干光电探测器，每个光电探测器探测所述非单色光源中一种波长的光。

进一步的，所述多通道探测系统还包括多个沿光路依次设置的透反镜，每个所述透反镜与其中一个所述光电探测器对应。

本发明还提供一种如上所述的压缩感知成像装置的成像方法，包括以下步骤：

S1：所述非单色光源发出多波长的光束，经所述空间光调制器调制后通过投射单元投射至所述检测目标上；

S2：经所述检测目标反射的光束由所述多通道探测系统接收，所述多通道探测系统分别对不同波长的反射光进行探测，并将探测到的信息传递给所述信号处理单元，同时控制单元将空间光调制器的调制矩阵发送至所述信号处理单元；

S3：所述信号处理单元对不同波长光的探测结果进行并行处理，分别针对不同波长的探测结果与空间光调制器的调制矩阵进行关联计算得到对应的重构图像；

S4：所述信号处理单元针对不同波长的重构图像采用多通道图像融合技术进行处理，得到最终的成像结果。