[發明專利]快速大圖像單像素成像裝置和方法有效

申請號：	201410092819.5	申請日：	2014-03-13
公開（公告）號：	CN103837137A	公開（公告）日：	2014-06-04
發明（設計）人：	涂昊;武帥	申請（專利權）人：	中國電子科技集團公司第三十八研究所
主分類號：	G01C11/00	分類號：	G01C11/00
代理公司：	安徽匯樸律師事務所 34116	代理人：	丁瑞瑞
地址：	230001***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	快速圖像像素成像裝置方法
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【權利要求書】：

1.一種快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：包括前端成像裝置、列調制裝置、探測裝置、中央控制裝置和并行計算裝置；所述前端成像裝置將帶有被測目標信息的信號成像于列調制裝置所在平面；所述列調制裝置使用中央控制裝置中預存的短編碼序列逐列形成一維空間調制花紋，對目標信號進行一維空間編碼；所述探測裝置檢測空間編碼后的累加強度信號，并將其送入中央控制裝置進行處理；所述中央控制裝置用于對所述快速大圖像單像素成像裝置的各個系統組件進行時間同步，對列調制裝置空間編碼序列的更換進行控制，并將探測裝置輸入的信號分配至并行計算裝置進行圖像重構，并行裝置的圖像重構結果送回中央控制裝置并組合為目標圖像。

2.根據權利要求1所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的短編碼序列是由0、1組成的二進制編碼序列，其長度為圖像沿列方向的像素值N₁。

3.根據權利要求1所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的前端成像裝置是成像透鏡反射鏡組。

4.根據權利要求1所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的列調制裝置是一種可一維編碼的空間光調制器，放置于所述前端成像裝置的像平面上。

5.根據權利要求4所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的空間光調制器每一單元大小對應于圖像的一個像素；每一單元均可根據編碼序列被置于高透過或低透過兩種狀態之一。

6.根據權利要求1所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的探測裝置包括信號會聚鏡和探測器。

7.根據權利要求1所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的中央控制裝置包括數據采集裝置、中央處理器、非瞬態存儲介質、控制裝置和顯示屏；所述數據采集裝置對探測裝置送入的信號進行濾波、放大、模數轉換等信號處理；所述中央處理器完成系統的時間同步控制、信號指令的發送、與并行裝置之間的數據交換，以及將圖像重構的結果顯示在顯示屏上；所述非瞬態存儲介質存儲列調制裝置所需的短編碼序列、相應的矩陣和重構程序；所述控制裝置根據中央處理器的指令，更換列調制裝置上的編碼序列。

8.根據權利要求7所述的快速大圖像單像素成像裝置，其特征在于：所述的并行計算裝置是多個并行計算處理器的組合；所述并行計算處理器根據中央處理器的指令，利用非瞬態存儲介質中存放的程序，對收到的數據進行一維列圖像重構，并將重構結果送回中央處理器。

9.一種快速大圖像單像素成像方法，其特征在于：成像步驟如下：

步驟1：前端光學裝置將待測目標的像成于列調制裝置所置平面；

步驟2：對圖像上的每一列重復下列步驟3—6；

步驟3：列調制裝置對像平面第i列進行空間編碼，編碼序列中0對應于低透過狀態，1對應于高透過狀態，首先將所有單元均置于0狀態；

步驟4：由探測裝置采集一個強度信號Y_i0送入中央控制裝置；

步驟5：由中央控制裝置發布指令，控制列調制裝置按照中央控制裝置中預存的短編碼序列對第i列進行M次空間編碼，其中M小于等于短編碼序列長度N₁，其中第j次空間編碼的序列由所述短編碼序列向前循環平移floor（（j-1）×N₁/M）單位得到，floor()表示向下取整，每次變換空間編碼后均由探測裝置采集一個強度信號Y_ij送入中央控制裝置；

步驟6：當第i列的所有M+1個信號均采集完畢后，中央控制裝置將Y_i0和Y_ij全部送入并行計算裝置，并控制列調制裝置開始對圖像上的下一列，即第i+1列進行調制；

步驟7：每當并行計算裝置收到一組完整的Y_i0和Y_ij之后，由下一個空閑的并行計算處理器對此列圖像進行重構，得到重構后的列向量x_i并將其送回中央處理器；

步驟8：每當中央處理器收到一個由并行計算裝置送來的列向量x_i，即在屏幕上刷新第i列所對應的圖像。

10.根據權利要求9所述的快速大圖像單像素成像方法，其特征在于：所述步驟7中的重構方法包括：生成M個信號y_ij，使得y_ij=Y_ij-Y_i0，這M個信號組成一個列向量y_i；而后求解有限制最優化問題，限制條件是y_i=Φx_i，其中x_i為代表第i列重構圖像的列向量，Φ為由M個空間編碼組成的大小為M×N₁的矩陣，最優化的目標函數可以是x_i的L-0范數、L-1范數或其全變差的L-1范數；或者如果短編碼序列是孿生素數阿達瑪編碼序列（N1=p×q且q=p+2且p、q均為素數）時，也可使用弛豫算法計算出阿達瑪矩陣中未被探測的信號，再乘上變換矩陣的逆得到x_i。