[發(fā)明專利]一種單像素成像方法與裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011635167.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112834431A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石巖;牛海彬;金尚忠;陳義;陳君;趙春柳
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;H04N5/369
• 代理公司: 杭州鈐韜知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33329
• 代理人: 唐靈;趙杰香

本發(fā)明公開了一種單像素成像方法與裝置，通過使用感光元件預(yù)先拍攝記錄好隨機(jī)散射板在不同旋轉(zhuǎn)角度下的光分布，建立隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)庫，以一激光光源照射該隨機(jī)散射板，并通過控制器使隨機(jī)散射板旋轉(zhuǎn)，形成隨機(jī)漲落光場，并使其照射到待成像目標(biāo)物，通過當(dāng)前隨機(jī)散射板轉(zhuǎn)動的角度與與初始角度進(jìn)行比對，從隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)庫中獲取當(dāng)前隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)，再通過單像素探測器探測含有待成像目標(biāo)物信息的光波，利用單像素成像算法計算重建得到待成像目標(biāo)圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像領(lǐng)域，具體涉及一種單像素成像方法與裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)通常使用了分束模塊，用于將光源分束使其分為雙光路，一條參考光路為不放置成像目標(biāo)用面陣探測器記錄光的散射分布，另一條信號光路為放置成像物體用單像素探測器探測其攜帶成像目標(biāo)光波的光強(qiáng)，兩路光路結(jié)果通過關(guān)聯(lián)算法可得到成像目標(biāo)的像。

但是現(xiàn)有的面陣的探測器幀率過低且信號光路需要多次探測，數(shù)據(jù)采集時間過大，以至于整體成像速度慢。采用單像素探測器與面陣探測器的關(guān)聯(lián)結(jié)果重建成像目標(biāo)的圖像，該系統(tǒng)圖像成像及圖像重建速度較慢。由于方案中采用的面陣探測器的工作原理決定了每一幀圖像都需要足夠的積分時間、讀出時間，并且后續(xù)的模擬處理電路和數(shù)據(jù)采集電路會花費(fèi)更多時間。目前，面陣探測器大多處于MHz水平，并且像素越多每幀圖像采集所需時間越長。同時成像系統(tǒng)分辨率受制于面陣探測器像素單元尺寸的限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種單像素成像方法與裝置，既解決了成像速度慢的問題，又能有效節(jié)省成本。

本發(fā)明提供一種單像素成像方法，包括步驟如下：

S1、獲取一隨機(jī)散射板在不同角度下的隨機(jī)漲落光場，以所述隨機(jī)漲落光場和對應(yīng)的角度關(guān)系，建立一隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)庫；

S2、以一激光光源照射該隨機(jī)散射板，并使該隨機(jī)散射板旋轉(zhuǎn)，形成隨機(jī)漲落光場；

S3、用步驟S2中的隨機(jī)漲落光場照明一待成像目標(biāo)物，形成含有該待成像目標(biāo)物信息的光波；

S4、獲取步驟S3中的含有待成像目標(biāo)物信息的光波，使用單像素成像算法生成成像目標(biāo)物的圖像。

可選的，所述步驟S1中所述隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)庫的建立包括使用感光元件多次記錄隨機(jī)散射板旋轉(zhuǎn)時在不同角度下形成對應(yīng)的隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)。

可選的，所述步驟S2還包括設(shè)置并記錄初始隨機(jī)散射板的位置角度。

可選的，所述步驟S2還包括根據(jù)當(dāng)前所述隨機(jī)散射板旋轉(zhuǎn)的角度從所述隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)庫中獲取當(dāng)前隨機(jī)漲落光場數(shù)據(jù)。

可選的，所述步驟S3中所述待成像目標(biāo)物信息包括所述待成像目標(biāo)物的振幅和相位信息。

可選的，所述步驟S4的單像素成像算法包括：

按照公式1：計算得到成像目標(biāo)物的圖像，其中表示記錄的所述隨機(jī)漲落光場的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，x∈R^N×1表示要重建的待成像目標(biāo)物，以及y∈R^M×1是所述含有待成像目標(biāo)物信息的光波的光強(qiáng)數(shù)據(jù)。

可選的，單像素成像算法還包括對公式1乘以逆矩陣來反轉(zhuǎn)線性模型得到公式2：

根據(jù)公式2求得x由公式3表示為

根據(jù)公式3等價于最小化公式4表示為

根據(jù)公式4求得x由公式5表示為利用公式5來計算得到成像目標(biāo)物；

其中{·}表示平均值，代表使用感光元器件記錄的所述隨機(jī)漲落光場的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，y_i為所述含有待成像目標(biāo)物信息的光波的光強(qiáng)數(shù)據(jù)。

一種單像素成像裝置，包括：