[发明专利]基于空间编码的目标智能感知及识别系统及方法

说明书

本发明属于光学领域，公开了基于空间编码的目标智能感知及识别系统及方法，包括编码模块和成像模块。编码模块将目标识别模型编码为空间中每个像素单元所对应的权重值，并将该权重值输入至成像模块中的空间光调制器；成像模块利用空间光调制器对光信号进行空间编码，并通过单通道光电探测器采集经空间编码后的光信号，利用单通道测量值实现目标的智能识别。该方法通过对所采集的光信号进行空间编码，在光学测量的同时实现了对于图像的后处理，有效地避免了复杂的图像后处理过程，极大地提高目标感知及识别的时间效率。该方法还可以降低图像数据传输及存储等所带来的设备成本。因此，该方法在目标感知及识别领域具有重要的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种基于空间编码的目标智能感知系统及方法。

背景技术

目标感知与识别是一门综合多学科的应用技术，通过非接触方式探测固定或移动的目标及周围环境的信息(如图像等)，并利用信息处理技术对所采集的数据进行分析和后处理，进而准确识别目标，在工业、农业及国防等多个领域具有广泛的应用。近年来，随着目标感知与识别技术的不断发展和完善，采集和提取到的目标特征信息越来越丰富。虽然这些有助于实现对目标更为准确的感知和识别，但也导致需要更大的计算量去完成复杂的数据分析和后处理过程。因此，如果在保证目标识别准确率的前提下实现更为高效乃至实时的数据分析和后处理已成为目标感知和识别领域亟需解决的关键技术瓶颈。

发明内容

针对以上现有技术中存在的不足，本发明提出了一种新型的基于空间编码的目标智能感知及识别系统及方法。该方法通过对所采集的光信号进行空间编码，在光学测量的同时实现了对于图像的后处理，即利用单通道光电探测器直接采集经空间编码后的光信号，并利用所采集的单通道测量值实现对目标的智能感知和识别。

本发明的技术方案为：

基于空间编码的目标智能感知及识别系统包括编码模块和成像模块。其中，编码模块是将目标识别模型编码为空间中每个像素单元所对应的权重值，并将各像素单元的权重值输入至成像模块中的空间光调制器；成像模块包括成像透镜、空间光调制器、汇聚透镜组、单通道光电探测器、数据采集卡和计算机。目标物体经成像透镜后成像于空间光调制器上，基于编码模块中获得的线性模型，即空间中各像素单元的权重值，控制空间光调制器上各像素单元处于“开”状态的时间，进而实现对光信号的空间编码，经空间编码的光信号由汇聚透镜组汇聚后，由单通道光电探测器采集，并通过数据采集卡将单通道测量值传输至计算机，并基于该单通道测量值对目标进行识别，或基于多个不同空间的单通道测量值获得经空间编码后的图像。

进一步地，利用线性模型对目标进行局部空间编码，并通过单通道光电探测器两次以上曝光，采集两组以上不同空间位置的单通道测量值，进而获得目标经空间编码后的图像，即获得等效于经图像后处理后的图像。

具体步骤如下：

步骤一、获取空间编码所需的权重值。用于空间编码的目标识别模型需为线性模型，且该线性模型可通过无监督特征提取或有监督学习的方式获得。其中，无监督特征提取方式可直接将纹理、形状、空间等特征的提取过程编码为线性模型，即空间中各像素单元的权重值；而有监督学习方式需通过训练数据集，即利用已知识别结果的图像建立线性模型，进而获得空间中各像素单元的权重值。

步骤二、控制空间光调制器进行空间编码。根据步骤一中所获得的空间中各像素单元的权重值，控制空间光调制器上对应的微镜单元的处于“开”状态的时间，进而实现对光信号的空间编码，经空间编码的光信号由汇聚透镜组汇聚后，由单通道光电探测器采集，并通过数据采集卡将单通道测量值传输至计算机。

步骤三、获取识别结果或经空间编码后的图像。若需获取识别结果，则直接根据步骤二所获得的单通道测量值对目标进行识别；若需获取经空间编码后的图像，则需重复步骤一和步骤二对目标的不同位置进行局部空间编码并获取多组不同空间位置的单通道测量值，直至遍历整个空间，获得目标经空间编码后的图像，即获得等效于经图像后处理后的图像。