[发明专利]一种短波红外探测器像元编码曝光的仿真方法

权利要求书

1.一种短波红外探测器像元编码曝光的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采集测试图像和训练过完备字典；

1.1)用短波红外相机在弱光条件下拍摄一张静止的场景，定义为测试图像I_test；

1.2)采集多张不同场景、不同光照、不同运动方向的短波红外图像作为训练样本；

1.3)利用步骤1.2)采集的训练样本训练过完备字典D；

步骤二、确定像元编码曝光模型的分辨率；

像元编码曝光模型S为随机测量矩阵，每个独立像元开始积分的时间是随机的，采用线性反馈移位寄存器实现随机序列，n位线性反馈移位寄存器实现的最大非全零序列数为2ⁿ-1，则像元编码曝光模型S的分辨率为(2ⁿ-1)×(2ⁿ-1)；

步骤三、确定像元编码曝光模型S的大小；

设定一帧积分时间分为N个子帧，N为可调参数，即每一帧编码曝光图像I可以恢复出N帧连续的图像，因此像元编码曝光模型S的大小为(2ⁿ-1)×(2ⁿ-1)×N；

步骤四、生成像元编码曝光模型S；

设定所有像元的积分持续时间均为L，像元(i,j)的积分起始子帧为m，则该像元(i,j)对应在像元编码曝光模型S中的数值为：

其中，t表示像元编码曝光模型中的第t帧图；

步骤五、在测试图像中提取N帧连续运动子图；

在步骤1.1)中获取的测试图像I_test中随机截取N帧连续运动的、大小为(2ⁿ-1)×(2ⁿ-1)的连续运动图像U(i,j,t)；

步骤六、计算编码曝光图像I；

6..1)用像元编码曝光模型S(i,j,t)与连续运动图像U(i,j,t)相乘再进行求和，得到编码曝光图像I，实现欠采样过程，V(i,j,t)为N帧欠采样图像；

V(i,j,t)＝S(i,j,t)×U(i,j,t)；

6.2)在MATLAB平台上用awgn函数对编码曝光图像I叠加高斯噪声，得到编码曝光图像

步骤七、逐块求解稀疏系数；

7.1)从左上角开始，按照从左到右、从上到下的方向，把编码曝光图像分成的w×w小块，再转为w²维列向量，定义为I_patc；

7.2)把过完备字典D的每一个原子分别等分为N段，再分别通过求和运算合并成w²维列向量，定义为生成过完备字典

7.3)计算I_patc和过完备字典中所有列向量的内积，得到传感矩阵θ，通过Lasso算法求解稀疏系数

步骤八、计算恢复图像

用过完备字典D与步骤七得到的稀疏系数相乘计算即再将重组为w×w×N三维数组；

步骤九、计算恢复图像

从左上角开始，按照从左到右、从上到下的方向，逐块移动w×w小块，重复执行步骤七和步骤八，直到完成遍历，完成遍历后把所有恢复图像组成恢复图像

2.根据权利要求1所述的短波红外探测器像元编码曝光的仿真方法，其特征在于：步骤1.2)中，过完备字典训练采用K-SVD算法。

3.根据权利要求2所述的短波红外探测器像元编码曝光的仿真方法，其特征在于：步骤二中，8位线性反馈移位寄存器实现的最大非全零序列数为255，则像元编码曝光模型的分辨率为255×255。

4.根据权利要求1或2或3所述的短波红外探测器像元编码曝光的仿真方法，其特征在于：步骤6.2)中，高斯噪声的信噪比为SNR＝14dB，等效信噪比为5倍。