[發明專利]壓縮感知圖像的采集重建方法和系統在審

申請號：	201710969734.4	申請日：	2017-10-18
公開（公告）號：	CN107846592A	公開（公告）日：	2018-03-27
發明（設計）人：	代鋒;馬宜科;趙強;張勇東;李宏亮	申請（專利權）人：	中國科學院計算技術研究所
主分類號：	H04N19/132	分類號：	H04N19/132;H04N19/172;H04N19/19;H04N19/42
代理公司：	北京律誠同業知識產權代理有限公司11006	代理人：	祁建國,梁揮
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摘要：
搜索關鍵詞：	壓縮感知圖像采集重建方法系統
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及計算機圖像采集和處理領域，具體涉及一種壓縮感知圖像的采集重建方法和設備。

背景技術

近年來計算機技術高速發展，數據和信息也改變著人們的生活方式，隨著數據的爆炸式增長，對數據的壓縮存儲就有了更改的要求，根據經典的Nyquist采樣定律，如果想要無失真恢復原始信號，那么信號采樣頻率至少需要是原始信號帶寬的2倍。這一采樣定律始終限制著對信號的壓縮，但是在稀疏信號上，壓縮感知理論突破了這一采樣定律，使得我們能夠利用極少量的采樣數據就能夠高質量的恢復原始信號。

壓縮感知理論主要依據信號稀疏性的假設，自然界中人們可以理解的信號都具有一定的規律性，例如圖像通常是連續變化的，而不是雜亂無章的噪聲。這一規律性表現在數學上就是通過某一變換基變換后大多數系數都近似于0，所以壓縮感知基本理論如下公式：

AX＝B

其中A是一m*N的變換矩陣，X是N維原始信號，信號X與A作用得到m維測量值B，通常m遠小于N，那么N維的信號X就被壓縮成了m維的信號B。但也正是由于m遠小于N，這一問題的求解也就成了欠定方程組求解的問題，此類方程組的求解是非常困難的，這也正是壓縮感知算法求解時間長的原因。

通常在實際應用中，矩陣X需要顯示在空間光調制器(例如液晶、DMD)上，通過調制外接進入的光線來達到A乘X的目的，信號B在實際應用中利用的是光敏元器件(例如光電二極管、CMOS)接收，通過光電轉換把調制后的光信號B轉換為計算機能夠處理的電信號，然后再通過數字模擬轉換電路(ADC)轉換為二進制數值存儲下來。這樣我們在實際系統應用中就得到了測量值，可以用于存儲或者恢復圖像。這一過程中如果要高速的采集圖像數據，需要空間光調制器和光電器件嚴格同步，否則采集的信號就會出錯。

圖像恢復算法通常利用計算機來處理運算，但是由于這一算法是一個欠定方程組求解問題，運行就需要比較長的時間，這也是一直以來制約壓縮感知技術發展的一個因素。

現有方案一的缺點

1.軟件算法重建速度慢。現有技術是將軟件算法在計算機上簡單實現，例如利用matlab等工具實現算法，這樣導致算法優化不夠，同時普通的計算機CPU也不適合進行大規模的矩陣運算，最終使得軟件算法運行效率低，重建速度慢。

2.只能進行圖像或者視頻的采集。通常圖像的采集利用到了光電二極管，而視頻的采集則利用的是CMOS相機，現有技術在光路上只有上述一種設備，導致只能進行圖像或者視頻的單一采集。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種能夠同步穩定的采樣，同時能夠快速重建圖像的壓縮感知采樣和重建的方法和設備。

具體來說，本發明涉及一種壓縮感知圖像的采集重建方法，包括：

采樣步驟，通過對原始圖像進行雙光路調制，得到第一調制信號和/或第二調制信號，采樣該第一調制信號和/或該第二調制信號以得到第一采樣值和/或第二采樣值；

重建步驟，采用下列步驟之一：

主控計算機通過調用該主控計算機內的第一壓縮感知重建模塊，對該第一采樣值和/或該第二采樣值進行重建，并采用圖形處理器進行該重建中的規模矩陣運算；

該主控計算機將該第一采樣值和/或該第二采樣值，發送至現場可編程門陣列，該現場可編程門陣列調用硬化在該現場可編程門陣列內的第二壓縮感知重建模塊，對該第一采樣值和/或該第二采樣值進行重建。

本發明所述的壓縮感知圖像的采集重建方法，其中該采集步驟中的該雙光路調制具體包括：通過空間光調制器，將該原始圖像調制并發送至第一光路和/或第二光路，發送至第一光路的調制信號為該第一調制信號，發送至第二光路的調制信號為該第二調制信號。