[发明专利]一种超薄无透镜可分离压缩成像系统及其标定与重建方法

说明书

本发明提供一种超薄无透镜可分离压缩成像系统及其标定与重建方法，该成像系统包括随机编码孔径掩膜、图像传感器、前后两端开口的中空箱体和不透明固定板，所述随机编码孔径掩膜密封覆设在所述中空箱体的前端开口处，所述图像传感器和中空箱体均固定在不透明固定板上，所述图像传感器位于所述中空箱体的后端开口内。本发明通过采用随机编码孔径实现成像，不仅最大限度地提高了光通量，还大大减小了成像系统的厚度、体积和重量，降低了成本，具有结构紧凑、轻薄、成本低廉的优点；另外，本发明根据可分离压缩传感理论，将可分离矩阵应用到成像系统的测量矩阵中，显著降低了成像系统标定和重建的难度，具有光学实现和计算可行的优点。

技术领域

本发明涉及编码孔径成像技术领域，具体是一种超薄无透镜可分离压缩成像系统及其标定与重建方法。

背景技术

现有的成像系统一般都是基于透镜的成像系统，受透镜的数目、厚度以及聚焦空间等因素的影响，存在体积大、价格高、装配繁琐、安装空间受限等问题，如基于透镜的成像系统用于可见光的镜头可以用玻璃和塑料等廉价材料制成，但是用于红外和紫外光谱的镜头非常昂贵；基于透镜的成像系统总是需要装配，降低了制造效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超薄无透镜可分离压缩成像系统及其标定与重建方法，该成像系统具有结构紧凑、轻薄、成本低廉的优点，并且通过采用可分离设计，降低该成像系统标定和重建的难度。

本发明的技术方案为：

一种超薄无透镜可分离压缩成像系统，该成像系统包括随机编码孔径掩膜、图像传感器、前后两端开口的中空箱体和不透明固定板，所述随机编码孔径掩膜密封覆设在所述中空箱体的前端开口处，所述图像传感器和中空箱体均固定在不透明固定板上，且所述图像传感器位于所述中空箱体的后端开口内，所述图像传感器与所述随机编码孔径掩膜中心点共线，所述随机编码孔径掩膜由不透明元素和透明元素组成，所述不透明元素用于阻挡光，所述透明元素用于传输光。

所述的超薄无透镜可分离压缩成像系统，所述不透明固定板选用黑色板。

所述的超薄无透镜可分离压缩成像系统，所述中空箱体为由不透明隔离板组成的长方体结构。

一种超薄无透镜可分离压缩成像系统的标定方法，该成像系统的测量矩阵采用可分离矩阵，该方法包括以下步骤：

(1)对所述测量矩阵的左分离矩阵进行标定，具体包括：

(11)选取N幅标定图像C_k＝h_k1^T,k＝1,2,…,N,其中，h_k表示N×N阶的哈达玛矩阵H的第k列，1表示N维全1列向量，1^T表示1的转置；

(12)将标定图像C_k,k＝1,2,…,N分成两幅图像和并分别投影到显示器上，其中表示将C_k中所有+1元素保留、-1元素设置为0得到的图像，表示将-C_k中所有+1元素保留、-1元素设置为0得到的图像；

(13)将两幅图像和在图像传感器上得到的M×M阶的测量值和相减，得到标定图像C_k的测量值Y_k；

(14)对测量值Y_k,k＝1,2,…,N进行秩一近似，得到矩阵

(15)对矩阵进行奇异值分解，并将分解得到的包含左奇异向量的正交矩阵与包含奇异值的对角矩阵相乘，将相乘得到的矩阵的第1列记为u_k,k＝1,2,…,N，则u_k为M维列向量；

(16)将M维列向量u_k,k＝1,2,…,N合在一起，构成M×N阶的矩阵[u₁；u₂；…；u_N]；