[發(fā)明專利]一種基于壓縮感知的大視場圖像獲取系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410689020.4
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104486538A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 龔振飛;李夏;劉建英;樊安倉
• 申請（專利權）人: 西安西光創(chuàng)威光電有限公司
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;G02B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于圖像獲取技術，特別是一種基于壓縮感知的大視場圖像獲取系統(tǒng)及其方法。

背景技術

在傳統(tǒng)的成像過程中，成像系統(tǒng)的視場往往由圖像傳感器的感光面積與光學系統(tǒng)的焦距共同決定。感光面積一定時，光學組件的焦距越長，成像系統(tǒng)的視場越小；反之，視場越大。光學組件的焦距一定時，感光面積越大，成像系統(tǒng)的視場越大；反之，視場越小。當圖像傳感器的感光面積與光學組件的焦距固定時，成像系統(tǒng)的視場唯一確定。

根據(jù)幾何成像光學原理可知，成像系統(tǒng)視場角可以由以下公式計算得到:

上述兩式中,分別表示成像系統(tǒng)的垂直方向視場角與水平方向視場角；分別表示圖像傳感器感光面垂直方向尺寸與水平方向尺寸；f表示光學組件焦距。

在傳統(tǒng)的成像過程中，為了提高成像系統(tǒng)的視場，往往采用增大圖像傳感器感光面積或縮短光學組件焦距的方法，其本質(zhì)是使得光學組件輸出圖像的尺寸與圖像傳感器感光面積相匹配。在大多數(shù)的應用中，圖像傳感器的感光面積往往固定不變，增加成像系統(tǒng)視場的途徑只能采用縮短光學組件的焦距的方法，即縮小光學組件輸出圖像的尺寸從而增大成像系統(tǒng)的視場。由于光學組件輸出圖像的尺寸減小，帶來成像系統(tǒng)空間分辨力下降，在特殊的工業(yè)、生物醫(yī)學的場合實用性不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓縮感知的大視場圖像獲取系統(tǒng)及其方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于壓縮感知的大視場圖像獲取系統(tǒng)，包括激光器、擴束鏡、準直鏡、第一傅立葉透鏡、空間光調(diào)制器、第二傅立葉透鏡、圖像傳感器和計算機，激光器的光輸出端一側(cè)依次放置擴束鏡和準直鏡，調(diào)校激光器的光輸出端中心與擴束鏡和準直鏡的光學中心吻合，擴束鏡與準直鏡構(gòu)成光學擴束準直模塊，激光器輸出激光經(jīng)光學擴束準直模塊形成面型準直平行面光源，該面光源中心作為光軸，在準直鏡另一側(cè)放置靶標，靶標的另一側(cè)依次放置第一傅立葉透鏡、空間光調(diào)制器與第二傅立葉透鏡，第一傅立葉透鏡、空間光調(diào)制器與第二傅立葉透鏡的光學中心與光軸吻合，第一傅立葉透鏡、空間光調(diào)制器與第二傅立葉透鏡構(gòu)成4f頻譜調(diào)制模塊，在第二傅立葉透鏡的另一側(cè)放置圖像傳感器，圖像傳感器的感光面光學中心與光軸吻合，圖像傳感器采集的圖像通過千兆網(wǎng)絡接口與計算機連接，計算機通過VGA端口與空間光調(diào)制器的輸入端口連接；激光器輸出的激光經(jīng)過光學擴束準直模塊后入射到靶標，靶標形成的目標圖像作為輸入信號進入4f頻譜調(diào)制模塊，4f頻譜調(diào)制模塊中的第一傅立葉透鏡對目標圖像進行傅立葉頻譜變換并由空間光調(diào)制器進行調(diào)制，在4f頻譜調(diào)制模塊中的第二傅立葉透鏡的后焦面形成目標圖像的倒像，圖像傳感器的感光面對4f頻譜調(diào)制模塊輸出的目標圖像的倒像進行采集，通過千兆網(wǎng)絡接口傳輸?shù)接嬎銠C，結(jié)合空間光調(diào)制器的隨機強度調(diào)制矩陣與圖像傳感器采集得到的目標圖像的倒像，通過求解凸規(guī)劃問題還原得到目標圖像。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點為：（1）與基于幾何成像光學的傳統(tǒng)成像裝置相比，本發(fā)明的視場不受幾何成像光學約束，可以采用成本更低的小型圖像傳感器實現(xiàn)大視場成像，簡單易用。（2）與基于強度調(diào)制的透過率調(diào)制的單像素相機相比，由于此方案直接對二維矩陣進行作用，無需將其變成一維矩陣，因此對圖像的采集過程所需時間更短。（3）在圖像傳感器的感光面積與光學組件的焦距一定的條件下，利用壓縮感知的方法構(gòu)建稀疏采樣矩陣，達到增大成像系統(tǒng)視場的目的。因為采用傅立葉成像光學組件，在像面大于傳感器感光面積的條件下，通過壓縮感知的采樣模式，利用圖像傳感器記錄得到的部分圖像信息，重構(gòu)得到完整圖像信息的方法。（4）采用基于傅立葉變換矩陣的隨機強度調(diào)制測量矩陣，這種測量矩陣與一個確定的圖像表示基保持低相關度，可以實現(xiàn)壓縮感知。這種方法的優(yōu)點是可以通過光學4f系統(tǒng)實現(xiàn)壓縮感知，可以應用于一般的成像系統(tǒng)，且強度調(diào)制的空間調(diào)制易于實現(xiàn)，實用性強。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于強度調(diào)制壓縮感知實現(xiàn)大視場成像的流程圖。

圖2是本發(fā)明中大視場圖像獲取的示意圖。

圖3是本發(fā)明中4f頻譜調(diào)制模塊示意圖。

圖4是本發(fā)明中信號輸入模塊示意圖。

圖5是本發(fā)明中具體實施例示意圖。

圖6是本發(fā)明中具體實施例采用的強度調(diào)制矩陣，大小為64×64。

圖7是本發(fā)明中具體實施例采用的實驗標靶圖片，大小為64×64。

圖8是本發(fā)明中具體實施例圖像傳感器的采樣結(jié)果，大小為30×64。