[發明專利]高精度單像素成像方法及系統

有效

• 申請號: 202210641951.1
• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN114721006B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 韓凱;來文昌;崔文達;孟琪;雷國忠;王彥
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

本發明提供一種高精度單像素成像方法及系統，包括：根據目標物體，生成一系列不同階數的切比雪夫多項式分布的二維光場并加載到空間光調制器上；空間光調制器利用所述一系列不同階數的切比雪夫多項式分布的二維光場對光源發出的激光進行調制，調制后的激光照射到目標物體上，采集目標物體的反射回光；基于所述反射回光以及所述一系列不同階數的切比雪夫多項式分布的二維光場，對目標物體圖像進行重構。本發明利用切比雪夫多項式不同階數間的正交性，可以完整重構出物體圖像，與散斑光場相比，該方案可大幅減少測量次數，且成像質量較高。

技術領域

本發明涉及光學探測成像技術領域，具體是一種采用正交矩光場的高精度單像素成像方法及系統。

背景技術

傳統的光學成像廣泛采用以硅為光敏材料的陣列像素探測器(如CCD和CMOS)，硅的光譜響應范圍集中在可見光及其附近波段（約400-800 nm）。對于非可見光波段的成像（如紅外波段、太赫茲、X光波段等），目前市場上還未見報道的具有高分辨率且低成本的陣列探測器。而制作工作在非可見波段的單像素探測器的成本低得多，因此單像素探測成像技術可有效解決非可見光波段成像成本高的難題，同時，單像素探測器具有更高的光強靈敏度、更快的響應速度，因此在醫學成像、遠距離目標探測等弱光探測領域具有明顯的優勢。

單像素成像技術使用無空間分辨能力的單點探測器（如光電倍增管）對目標進行時域上的多次采樣。與傳統掃描式單像素成像采用局部單點采樣方式不同，現在的單像素成像技術通常指基于空間光調制的單像素成像，采用全局采樣方式對物體空間信息進行編碼，再通過單像素探測器對編碼后的信息依次進行采集，最后通過計算對空間信息進行解碼，重構物體圖像。

單像素成像技術最早源于量子鬼成像技術，鬼成像技術通常采用隨機圖案作為空間光調制圖案，最常見的方式是將激光通過旋轉的毛玻璃產生隨機散斑光場，通過隨機散斑對目標進行強度調制，記錄隨機散斑場的分布和探測相應的回光強度，可重構物體圖像。然而基于隨機散斑場獲取目標信息需要大量的測量次數才能有效重構物體圖案，數據采集時間長，成像效率較低。后來壓縮感知技術被應用于鬼成像技術可有效減少數據采集時間。然而，壓縮感知技術的算法運行時間往往耗時較長，且成像質量取決于物體的稀疏性，難以實時獲取高質量物體圖像。

發明內容

針對目前單像素成像技術中數據采集時間較長、成像質量不高的問題，本發明提出了一種高精度單像素成像方法及系統。

為實現上述技術目的，本發明提出的技術方案為：

一方面，本發明提供一種高精度單像素成像方法，包括：

(S1) 根據目標物體，生成一系列不同階數的切比雪夫多項式分布的二維光場并加載到空間光調制器上；

(S2) 空間光調制器利用所述一系列不同階數的切比雪夫多項式分布的二維光場對光源發出的激光進行調制，調制后的激光照射到目標物體上，采集目標物體的反射回光；

(S3) 基于所述反射回光以及所述一系列不同階數的切比雪夫多項式分布的二維光場，對目標物體圖像進行重構。

進一步地，所述步驟(S1)包括：

目標物體離散化大小為M*N像素的矩陣，目標物體的實際大小為的矩形，其中M、N為正整數，、分別為一個像素在y，x方向的幾何尺寸；