[發明專利]基于偽逆矩陣的彩色壓縮鬼成像

在審

• 申請號: 202211277525.0
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115588059A
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 周昕;劉洋;余展;白星
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;H04N23/84;H04N23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于偽逆矩陣的彩色壓縮鬼成像方法。包括以下步驟：1)采集在彩色散斑光場照射下彩色物體的信號響應強度，得到測量光強值序列；2)獲取測量矩陣的偽逆矩陣，并對測量矩陣和測量光強值序列進行后處理操作，構建新的測量模型；3)用壓縮感知算法對新構建的測量模型進行目標物體二維重構運算，并轉換成實際的彩色圖像。本方法采用將測量矩陣的后處理操作與壓縮感知算法相結合的方式來重構物體，避免了傳統彩色鬼成像方法所存在的系統結構復雜，必需附加設備以完成各通道的色彩分離，以及使用深度學習方法，必需規模龐大的訓練環節而導致重構工作量繁重等問題，并且重構的彩色圖像效果較好。

技術領域

本發明屬于鬼成像技術領域，具體設計一種對測量矩陣進行后處理操作，并基于其偽逆矩陣來提高彩色壓縮鬼成像質量的方法。

背景技術

傳統的彩色鬼成像是通過對目標的紅、綠、藍三個獨立通道分別進行鬼成像，然后將三個通道的結果組合成一幅彩色圖像來實現的。

這種傳統方法需要添加分光濾波器等設備來實現三種顏色的分離，這一方面增加了系統結構的復雜度，另一方面，由于光的能量被分配到三個探測器中，每個探測器接收到的光強減弱，不利于噪聲的抑制。

也有一些改進的彩色鬼成像方法，是用一個單像素探測器采集到的多種顏色的光信號，然后通過特殊的編碼以及信號校正方法，使得不同顏色的光信號能夠以特殊的方式分開。

這類改進方法要么需要對測量矩陣預先進行特殊處理，但其重構質量不太令人滿意；要么需要采用深度學習的方式，雖然能夠獲得較滿意的結果，但其中對神經網絡的訓練環節是十分耗時的，并且還需要規模龐大的訓練集，其工作量巨大。

以往對灰度鬼成像的研究結果表明，將壓縮感知算法與鬼成像技術相結合可以在成像質量和成像效率之間實現一個很好的平衡，即使在欠采樣的情況下也可能重構出較好的圖像質量，從而達到又快又好成像的目的。

在這類灰度壓縮鬼成像過程中，其測量矩陣往往是用由調制器產生的光波場強度分布來表示。由于測量矩陣對最終重建圖像的質量有很大的影響，許多研究工作都圍繞著如何對測量矩陣進行后處理操作以提升重構效果來展開，并已取得了不錯的進展，開發出一些能夠在很大程度上提升鬼成像重構效果的方法。

但是在將灰度鬼成像的研究成果應用于彩色壓縮鬼成像時，還需要注意彩色鬼成像相比于灰度鬼成像多出的一個關鍵問題：即不同顏色分量之間的串擾問題；尤其是為了簡化系統結構而使用單個像素檢測器同時接收三個顏色通道的信號時，如何消除不同顏色分量之間的串擾是必須要解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種通過對測量矩陣進行后處理操作，構建新的測量模型，從而基于偽逆矩陣來提高彩色壓縮鬼成像質量的方法；該方法的優勢在于：測量時僅用一個單像素探測器同時接收紅綠藍三波段信號，無需分光濾波器等附加設備，使系統結構大為簡化；對測量矩陣進行后處理操作后再利用壓縮感知算法進行恢復，不僅可以實現欠采樣情況下對彩色物體的重構，還可以在很大程度上消除通道間的串擾噪聲，獲得較好的彩色重構效果。

本發明采用的技術方案主要包括以下步驟：A、采集在彩色散斑光場照射下彩色物體的信號響應強度，得到測量光強值序列；B、獲取測量矩陣的偽逆矩陣，并對測量矩陣和測量光強值序列進行后處理操作，構建新的測量模型；C、用壓縮感知算法對新構建的測量模型進行目標物體二維重構運算，并轉換成實際的彩色圖像。

步驟A包括以下步驟：

產生紅、綠、藍三種顏色的二值測量矩陣P_r、P_g、P_b，并且每個矩陣的維度均保持一致為M×N²，其中M代表測量次數，N²代表彩色物體每個通道的維度，以此構建彩色散斑散斑集圖案。