[發明專利]一種基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法

有效

• 申請號: 202010211715.7
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111524066B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 柯鈞;張臨夏
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T9/00;G06T1/20
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：使用低分辨率探測器采集經模板調制后的低分辨率圖像；

步驟一實現方法為，

步驟1.1：根據圖像分塊大小和采樣率確定模板個數n，n同時也是重構一幀高分辨率圖像所需的低分辨率調制圖的個數，并生成調制模板；

步驟1.2：將運動目標或動態場景經光學系統成像到空間光調制器上；空間光調制器加載第1個調制模板，對目標的像進行調制；調制后的圖像再次經光學系統成像到探測器上，探測器采集得到第1幅低分辨率圖像；

步驟1.3：空間光調制器上依次加載剩余n-1個調制模板，并在加載完最后一幀模板后重復加載n個模板；空間光調制器每加載一個模板，探測器就采集一幀低分辨率調制圖像；

步驟二：以窗口滑動的方式對采集到的圖像進行分組，獲得m組待處理圖像；

步驟二實現方法為，

以n幀圖像的尺寸為一個選擇窗口選擇步驟一中采集到的圖像作為一組待處理圖像，并將選擇窗口依次向后滑動；即從第1幀到第n幀采集圖像作為第一組待處理圖像，第2幀到第n+1幀為第二組待處理圖像，第3幀到第n+2幀為第三組待處理圖像，以此類推，直至采集的最后一幀，得到m組待處理圖像；

步驟三：為便于圖像重構算法按照模板順序進行圖像處理，進而節省模板信息占用的存儲空間，將步驟二獲得的m組待處理圖像分別按照模板順序進行組內排序，得到m組按照模板順序進行組內排序的低分辨率圖像；

步驟三具體實現方法，

在步驟二獲得的m組待處理圖像中，每一幀低分辨率圖像都對應一個調制模板，而且調制模板是依次循環加載的，即第1幀到第n幀采集圖像分別對應第1個到第n個調制模板，第n+1幀到第2n幀采集圖像同樣對應第1到第n個調制模板；但是由于步驟二中圖像分組是滑窗式分組，每組圖像對應的模板順序并不一致；即第一組圖像對應第1到第n個模板，第二組圖像中前n-1幀圖像對應第2到n個模板，第n幀圖像對應第1個模板，第三組圖像中前n-2幀圖像對應第3到n個模板，最后兩幀圖像分別對應第1個和第二個模板，并以此類推；若不調整各組圖像中組內圖像的順序，則需要分別記錄各組圖像的模板順序，重復記錄模板順序不僅需要占用更大的存儲空間，而且會導致圖像重構過程中測量矩陣隨各組圖像變化，影響圖像重構算法運行速度，且并行加速更困難；因此要對各組圖像分別按照模板順序進行組內排序；

對各組圖像分別按照模板順序進行組內排序實現方法為：以調制模板從1到n的順序對各組組內低分辨率圖像重新排序；第一組圖像順序不變，第二組圖像將組內對應第1個模板的最后一幀移到最前端，第三組圖像將組內分別對應第1、第2個模板的最后兩幀移到組內最前端，以此類推，即對各組組內低分辨率圖像按照調制模板從1到n的順序對各組組內低分辨率圖像重新排序，得到m組按照模板順序進行組內排序的低分辨率圖像；

步驟四：對步驟三得到的m組按照模板順序進行組內排序的低分辨率圖像，分別使用壓縮成像圖像重構算法對各組組內排序的低分辨率圖像進行圖像重構，即將每組低分辨率圖像重構為一幀高分辨率圖像，得到m幀高分辨率圖像。

2.如權利要求1所述的一種基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法，其特征在于：步驟四具體實現方法為，

經過步驟二的圖像分組，步驟三的組內圖像重新排序，各組圖像均能夠使用任何壓縮成像重構算法進行圖像重構；但是為了保證壓縮成像重構算法不會成為限制最終輸出高分辨率圖像幀率的因素，所述壓縮成像重構算法的運行速度應足夠快；所述壓縮成像重構算法的運行速度應足夠快是指重構一幀高分辨率圖像所需的時間應小于探測器采集一幀低分辨率圖像所需的時間。

3.如權利要求2所述的一種基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法，其特征在于：步驟四中使用維納重構算法對各組組內排序的低分辨率圖像進行圖像重構，使用GPU加速后的維納重構算法能夠使重構一幀圖像的時間限制在20ms以內，滿足實時成像要求，并且比一般中長波紅外探測器采集圖像時間短。