[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

本發明公開的一種基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法，屬于壓縮成像技術領域。本發明使用低分辨率探測器采集經模板調制后的低分辨率圖像；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；將獲得的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，以便于圖像重構算法按照模板順序進行圖像處理，節省模板信息占用的存儲空間；分別使用壓縮成像圖像重構算法對各組組內重新排序后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。本發明基于滑窗式數據處理實現高速壓縮成像，在不改變探測器和成像質量的前提下提高輸出圖像的幀率。

技術領域

本發明屬于壓縮成像技術領域，具體涉及一種采用滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法。

背景技術

壓縮感知利用信號的稀疏性，以遠小于奈奎斯特采樣定理限制的采集，極大地減少了采集的數據量，為信號采集、信號壓縮提供了新思路。

壓縮感知應用到成像領域被稱為壓縮成像。壓縮成像是指利用壓縮感知理論，用低分辨率探測器(典型的如單像素探測器)和空間光調制器獲取高分辨率圖像。由于壓縮成像可以使用低分辨率探測器獲得高分辨率圖像，并且需存儲的數據量低，因此在某些探測器分辨率受限或數據存儲空間有限的情況，如紅外監控、大視場的目標探測識別、醫學核磁共振成像等領域，壓縮成像技術有極大的應用價值。根據壓縮成像的原理，系統需要采集多幀經過編碼壓縮的低分辨率圖像才能重構一幅高分辨率圖像。這不可避免的會減低相機的時間分辨率。受到制作工藝和制造成本的限制，探測器的幀頻(即時間分辨率)不會很高。在紅外波段，探測器幀頻受限的問題會更加嚴重。中波探測器幀頻最大一般在每秒50～60幀，長波探測器幀頻則更低。因而，當使用壓縮成像理論去獲取高分辨率圖像時，即使只使用4幀低分辨率圖像重構一幀高分辨率圖像且不考慮算法的時間消耗，輸出圖像的幀頻也只能在每秒12～15幀，無法滿足實時成像(每秒25～30幀)要求，更無法做到高速成像。在紅外監控應用中，這幾乎是不可接受的。因為在紅外監控中，人們期望觀察到目標清晰(高空間分辨率)、連續(高時間分辨率)的動作細節，壓縮成像犧牲探測器的時間分辨率換取高空間分辨率，雖然目標更清晰，但是低幀頻會造成圖像卡頓，目標動作細節丟失等問題。針對此問題，本發明提出基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法，用于解決紅外壓縮成像監控系統輸出圖像幀率低的問題。

針對壓縮成像系統輸出圖像幀率低的問題，多數研究工作者將提升探測器的幀頻或者減少重構算法的時間作為研究重點。然而受技術和制作工藝的限制，高幀頻的探測器制作困難且造價高昂。重構算法方面，2007年，Lu Gan在文獻Block Compressed Sensingof Natural Images中提出了分塊式壓縮成像，其思想是將一幅圖像分成若干個小塊，每個小塊的數據單獨處理。由于相對于全圖來說，小塊中的數據量更少，因此算法運行速度會顯著提高。繼而Jeffrey D.Blanchard等人在文獻GPU accelerated greedy algorithms forcompressed sensing中使用GPU對重構算法進行加速，使得算法運行速度提高了70倍以上。眾多學者對重構算法的研究使得重構算法的運行速度得到大幅提高。然而，如何解決圖像采集過程耗時長的問題，即如何快速獲得算法所需的多幀低分辨率很少有人研究。本發明擬采用滑窗式數據處理方式，提高系統成像速度。

在信號檢測、目標識別和信號濾波等領域，滑窗式數據處理方法被學者提出并使用。如解梅等人提出了基于滑窗搜索的車輛興趣目標檢測方法(專利號：CN103605953A)。該方法是先設置一個窗口大小，然后讓窗口在待檢測圖像上滑動，將窗口內的數據算法處理的數據，并通過移動窗口來在全圖范圍內尋找感興趣的目標。然而，目前還沒有學者將滑窗式數據處理方法應用到壓縮成像領域。

發明內容

為解決壓縮成像應用中，需要獲得多幀低分辨率調制圖才能重構出一幀高分辨率圖導致的輸出圖像幀率低的問題，本發明公開的一種基于滑窗式數據處理的高速壓縮成像方法要解決的技術問題是：基于滑窗式數據處理實現高速壓縮成像，在不改變探測器和成像質量的前提下提高輸出圖像的幀率。