[发明专利]一种压缩感知成像装置及方法

权利要求书

1.一种压缩感知成像装置，其特征在于，包括：载体、PSF测量系统和成像系统：

所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元、移动平台和PSF计算单元，所述第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光电探测单元为单像素探测器，所述移动平台带动所述第一光源或单像素探测器移动，所述第一光源发出的第一光束经过空气/水体之后进入所述单像素探测器，所述第一光束的发散角小于5mrad，第一光束的主光轴与所述单像素探测器的探测面垂直；

所述成像系统位于所述载体上，包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述第一光源、PSF计算单元和空间光调制器连接。

2.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述PSF测量系统还包括第一光束整形器件，第一光束经过所述第一光束整形器件后形成能量分布均匀的圆形光斑，所述单像素探测器探测的径向的能量分布经过所述圆形光斑的圆心。

3.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源为波长相同的单色光源。

4.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第二光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源沿光路后方还设有波长选择单元，所述宽光谱光源发出的光束包括多种波段不同的单色光，所述第一光源位于所述载体上，包括与所述多种波段不同的单色光一一对应的单色光源，所述波长选择单元和所述单色光源均连接至所述中央处理单元，所述第一光电探测器位于所述移动平台上，并分时接收所述单色光源发出的光线。

5.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源采用同一个由若干波段不同的单色光源组成的单色光源阵列，所述单色光源阵列沿光路后方设有分光单元，每个所述单色光源发出的光线经过所述分光单元后分别形成第一光束和第二光束，所述第一光电探测单元位于所述移动平台上，分时接收所述多个波段不同的单色光源发出的光线。

6.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第一光电探测单元和第二光电探测单元为同一个单像素探测器，所述移动平台带动所述第一光源移动。

7.一种如权利要求1所述的压缩感知成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：测量第一光束在空气/水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气/水体中行进的距离R；

S2：打开第一光源发出第一光束，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束经过空气/水体之后进入单像素探测器进行探测，在探测的同时移动平台带动所述第一光源或单像素探测器沿垂直于第一光束主光轴的方向移动一定距离；所述单像素探测器将探测到的光斑的能量分布信息发送至所述PSF计算单元；

S3：所述PSF计算单元根据第一光源的原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气/水体对应距离r时的PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元；

S4：所述中央处理单元通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气/水体的PSF的频谱值，并根据该频谱值调整空间光调制器使到达检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同；

S5：所述第二光源发出第二光束，经过所述空间光调制器调制后通过投射系统投射至所述检测目标上，经所述检测目标反射的光线由所述第二光电探测单元接收；

S6：所述第二光电探测单元接收所述检测目标反射的光线并传递给所述中央处理单元，所述中央处理单元根据空间光调制器的原调制矩阵和第二光电探测单元的探测信息进行关联运算，得到成像结果。

8.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于，所述步骤S3中，PSF计算单元计算该空气/水体对应距离r时的PSF的频谱值包括以下步骤：

S31：对第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布进行傅里叶变换得到探测光斑的频谱，同时对第一光源的原始光斑的能量分布进行傅里叶变换得到原始光斑的频谱；

S32：将探测光斑的频谱与原始光斑的频谱做点除运算得到该空气/水体对应的PSF的频谱值。