[發明專利]隨機投影域下相位編碼的紅外高分辨率成像方法及其裝置

有效

• 申請號: 201410452761.0
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104185026B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 秦翰林;曾慶杰;延翔;宗靖國;李佳;周慧鑫;韓姣姣;呂恩龍;王炳健;楊智杰
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N19/154
• 分類號: H04N19/154;H04N19/625
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司61114
• 代理人: 李罡

技術領域

本發明屬于紅外成像領域，具體涉及一種隨機投影域下相位編碼的紅外高分辨率成像方法及其裝置。

背景技術

隨著紅外成像系統在民用領域、軍事防御領域中的廣泛應用，人們對紅外成像系統獲取高品質、高分辨率紅外圖像的要求越來越高。但傳統的紅外成像系統因其受制于探測傳感器尺寸的大小而難以實現高分辨率紅外成像。因此，在對紅外成像系統性能的提升上，研究獲取高分辨率紅外圖像的成像方法成為一項具有重大意義的工作。

新興的壓縮采樣理論——壓縮感知(CS)理論打破了奈奎斯特采樣定律的局限，實現了只需少量的采樣數目就能完成信號的近似甚至精確重構。根據這一特點，將其應用于成像技術領域而形成的壓縮成像技術就是一項只需通過較少的探測傳感器的探測而獲取到高分辨率圖像的新型成像技術。因其具有提高成像分辨率，降低成像系統制造成本以及優化成像質量等一系列優勢而引起眾多專家學者的關注，已成為成像技術領域的一大研究熱點。

目前，在對通過編碼掩膜的方式獲取高分辨率圖像的壓縮成像方法的研究上已取得一定的進展。2007年，Stern等人在文獻《Random projections imaging with extended space-bandwidth product》(Journal of Display Technology，2007，3(3)：315-320)中提出了一種利用隨機相位編碼掩膜來實現對場景壓縮采樣的方法。從方法步驟角度講，該方法先通過傅里葉變換將信號變換到頻域，接著對信號頻譜相位進行編碼，之后再將信號變換回空域(時域)；從光學設計角度講，該設計包括兩個傅里葉變換透鏡和一個相位編碼模板，兩個透鏡分別完成信號在空域(時域)和頻域之間的正逆變換，相位編碼模板是對信號進行隨機相位的編碼。隨機相位編碼的目的是對信號的頻譜相位進行“白化”，在空域(時域)中表現為信號能量的均勻分散化，這就為后續壓縮采樣后精確重構原始場景提供了可能。需要指出的是相位編碼模板矩陣的維數是與探測器陣列維數或仿真圖像的維數相等的，也就是說相位編碼模板矩陣是一個高維的復雜矩陣。在文獻《物理可實現的相位編碼壓縮成像》(《電子學報》，2013年41卷(5期)：P982-986，作者：張成，程鴻，張芬等)中就是采用隨機相位模板對圖像進行編碼，然后對編碼圖像作下采樣操作，最后通過重構算法恢復得到原始圖像，其設計的相位編碼模板矩陣維數等于仿真圖像的維數大小(如512×512)，在實際應用中應該是更大的，同時運算過程中涉及到高維矩陣的向量乘法，這些因素就要求成像系統具有穩定快速的運算能力和較大的存儲空間，必然導致其制造成本高，極大影響圖像重構的效率；在文獻《Random phase modulation and sparse sampling-based optical imaging system》(Optical Engineering，2010，49(4)：047002-1-047002-5)中提出一種隨機相位調制高分辨率成像方法，該方法采用的相位編碼模板矩陣維數與原始圖像大小是相等的，為避免高維矩陣的向量乘積帶來運算上的復雜性，它將矩陣向量乘積修改為矩陣中對應元素的乘積，即矩陣點乘，之后通過“隨機稀疏采樣”模板進行壓縮采樣，得到壓縮后信號，再通過重構方法重構出原始高分辨率圖像信號，此方法確實可有效節省計算時間和內存消耗，但其編碼矩陣以及采樣矩陣依然是高維的，在硬件設計上就需要采用較大型、高成本的編碼采樣模板，同時文中是采用矩陣點乘的形式對信號進行相位編碼的，所以在空域中并非表現為對信號的卷積處理。

發明內容

為解決現有存在的技術問題，本發明實施例提供一種隨機投影域下相位編碼的紅外高分辨率成像方法及其裝置，能夠在保證圖像重構質量的前提下，顯著提高紅外圖像的分辨率。

為達到上述目的，本發明實施例的技術方案是這樣實現的：

本發明實施例提供一種隨機投影域下相位編碼的紅外高分辨率成像方法，其特征在于，該方法包括：根據低維隨機高斯模板隨機壓縮圖像信號，對所述壓縮后獲得的隨機投影域信號進行隨機相位編碼，重構所述隨機相位編碼后獲得的壓縮編碼采樣信號，獲得原始紅外圖像。

上述方案中，所述根據低維隨機高斯模板隨機壓縮圖像信號為：構建一個低維隨機空間，將所述低維隨機空間作為高維空域圖像信號的投影域；將圖像信息從空域場景變換到所述投影域內。