[發明專利]基于散射介質和空間光調制器共同調制的單像素成像系統

有效

• 申請號: 202110305111.3
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113163082B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 雷雪林;馬曉珊;楊震;彭曉東
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

1.一種基于散射介質和空間光調制器共同調制的單像素成像系統，其特征在于，所述系統包括：激光器、擴束器、空間光調制器、霧室、分光棱鏡、CCD相機、光電倍增管和成像模塊；

所述激光器，用于發射激光；所述擴束器，用于對激光進行擴束；

所述空間光調制器，用于利用預注入的Hadamard矩陣的調制樣式對擴束后的激光進行調制；

所述霧室，用于對空間光調制器調制后的激光再進行一次散射介質的調制；霧室里充滿水霧，并設置一個能夠360度旋轉的風扇，用于增加水霧變化強度；

所述分光棱鏡，用于將空間光調制器和水霧聯合調制后的光場分為兩條光路；

所述CCD相機，用于通過一條光路拍攝聯合調制樣式，發送至成像模塊；

所述光電倍增管，用于收集另一條光路照射目標后的光強信號，發送至成像模塊；

所述成像模塊，用于將光電倍增管收集到的光強信息轉化為電壓信號，并由CCD相機拍攝的調制樣式生成測量矩陣，經過壓縮感知算法將重建出目標圖像；

所述成像模塊的具體實現過程包括：

將CCD相機拍攝的聯合調制樣式作為大小為M×N的測量矩陣Φ，M為采樣次數，N為目標圖像的大小：N＝n×n，

將光電倍增管收集到的光強信息轉化為電壓信號y；

選取稀疏基Ψ為傅里葉矩陣，則測量矩陣和稀疏矩陣之間的平均相關系數為0.0053，滿足不相關條件；

選取最小全變分的TVAL3算法作為壓縮感知算法，將測量矩陣Φ和電壓信號y輸入最小全變分的TVAL3算法，重建出n×n的目標圖像。

2.根據權利要求1所述的基于散射介質和空間光調制器共同調制的單像素成像系統，其特征在于，所述Hadamard矩陣的元素為1或-1。

3.根據權利要求1所述的基于散射介質和空間光調制器共同調制的單像素成像系統，其特征在于，當M＝N時，Φ為全采樣測量矩陣。

4.一種基于散射介質和空間光調制器共同調制的單像素成像方法，基于權利要求1-3之一所述的基于散射介質和空間光調制器共同調制的單像素成像系統實現，所述方法包括：

步驟1)將成像系統的各部件按照光路放置，打開煙霧發生器，將水霧注入霧室；根據空間光調制器進行全1顯示以調好CCD相機的位置，打開風扇，增加霧室的水霧變化強度；

步驟2)控制空間光調制器依次顯示Hadamard調制樣式，同時CCD相機記錄聯合調制的調制樣式，光電倍增管采集攜帶目標的光強信息；重復該步驟M次，獲得M張CCD相機照片，M個光電倍增管采集到的光強信號；

步驟3)成像模塊對每張CCD相機照片進行裁剪，去除四周像素為0的部分，并將其進行像素均值合并為n×n的圖像，由此生成M×N的測量矩陣Φ，以此作為聯合調制樣式，N為目標圖像的大小：N＝n×n；

步驟4)成像模塊將光電倍增管收集到的光強信息轉化為電壓信號y；基于測量矩陣Φ采用最小全變分的TVAL3算法重建出目標圖像。