[發明專利]一種基于計算鬼成像的目標鑒定裝置及其方法

有效

• 申請號: 201611260523.5
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106772310B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 顧國華;鄒云浩;何偉基;陳錢;張聞文;錢惟賢;隋修寶;任侃;路東明;于雪蓮
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G01S17/89;G06T7/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于計算鬼成像的目標鑒定裝置，其特征在于包括鎖模激光器(1)、激光擴束鏡(2)、高速空間光調制器(3)、成像透鏡I(4)、成像透鏡II(6)、高速光電二極管(7)、計算機(8)和數字采集模塊(9)，在計算鬼成像的光路發射端上，鎖模激光器(1)輸出端的中心軸線上依次放置激光擴束鏡(2)、高速空間光調制器(3)和成像透鏡I(4)，所有光學中心吻合；高速空間光調制器(3)與成像透鏡I(4)的光軸相交，對激光光束進行調制后打到待測目標(5)上；高速光電二極管(7)放置在成像透鏡II(6)的后焦面上，從而使得經待測目標(5)反射的光聚焦在高速光電二極管(7)的光敏面上；該高速光電二極管(7)的信號輸出端通過同軸電纜與數據采集模塊(9)的模擬輸入端連接，該數據采集模塊(9)進行采樣，將模擬信號轉換為數字信號，其輸出端與計算機(9)網絡端口連接，上傳數據采集結果，并在計算機中進行最后的目標鑒定處理。

2.根據權利要求1所述的基于計算鬼成像的目標鑒定裝置，其特征在于激光擴束鏡(2)與鎖模激光器(1)輸出端的距離為激光擴束鏡(2)輸入負透鏡的一倍焦距。

3.根據權利要求1所述的基于計算鬼成像的目標鑒定裝置，其特征在于激光擴束鏡(2)和高速空間光調制器(3)之間的距離調節至激光光束經擴束后在高速空間光調制器(3)上形成的光斑大于高速空間光調制器(3)調制面的1.2～1.3倍。

4.據權利要求1所述的基于計算鬼成像的目標鑒定裝置，其特征在于高速光電二極管(7)的感光面與成像透鏡II(6)的距離為成像透鏡II(6)的焦距。

5.一種基于計算鬼成像的目標鑒定方法，其特征在于步驟如下：

第一步，極低采樣率的計算鬼成像：利用隨機產生的滿足均勻分布的0-1散斑對待鑒定目標進行空域采樣，此過程采樣率極低，約為5％奈奎斯特采樣極限下，采用計算鬼成像對目標進行重建，得到重建圖像I_recons；

第二步，采用非線性相關實現目標鑒定：利用極低采樣率下計算鬼成像的重建圖像I_recons與已知的標準圖像I_standard進行非線性相關，通過判別相關程度，如果相關圖像中出現尖峰，即可認為待測目標與已知標準圖像相符合，即實現目標鑒定；

所述的極低采樣率的計算鬼成像步驟如下：對于每一個待鑒定目標I，通過高速空間光調制器(3)產生的r個隨機散斑對其進行照明；這樣，對于每一次隨機散斑的照明，都有r個輸出信號y和r個隨機散斑與之相對應，將此過程寫成矩陣的形式，即成像方程為

y＝Ax+e (1)

其中，x是待測目標的矩陣一維排列，A^∈r×n是r個隨機散斑對應的矩陣，稱為采樣矩陣，n＝M×N，M,N分別是空間光調制器的橫軸和縱軸方向的像素數；A中每一行是對應隨機散斑的矩陣一維排列，e是測量噪聲；在采樣率極低的情況下，對公式(1)進行計算鬼成像運算，得到無法辨識的重建圖像I_recons，計算鬼成像具體數學表達為<A·y>-<A><y>，其中，<·>表示加權平均；

所述的采用非線性相關實現目標鑒定步驟如下：由于采樣極低，通過計算鬼成像重建的圖像I_recons信噪比很低，將重建圖像I_recons與標準圖像I_standard作非線性相關測試，即：

其中，S₁＝FT(I_recons(x,y))是重建圖像的二維傅里葉變換形式，S₂＝FT(I_standard(x,y))是標準圖像的二維傅里葉變換形式，k是非線性系數，FT是二維傅里葉變換，IFT是二維傅里葉逆變換，x和y是圖像的橫縱坐標，通過非線性相關測試的峰值的顯著程度，如果相關圖像中出現尖峰，即可認為待測目標與已知標準圖像相符合，即實現目標鑒定。