[發明專利]一種基于時域和頻域相協調的傅立葉單像素成像重構方法

在審

• 申請號: 202211624292.7
• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN115953334A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 張勇;蔣鵬飛;劉建龍;張建隆;楊振;劉學
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T5/10
• 分類號: G06T5/10;G06V10/764;G06V10/774;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

1.一種基于時域和頻域相協調的傅立葉單像素成像重構方法，其特征在于所述方法包括采集過程和重構過程，具體步驟如下：

步驟一、采集過程

步驟一一、計算機生成傅立葉基底圖案

步驟一二、設定采樣方式，使用空間光調制器加載相關的傅立葉基底圖案；

步驟一三、使用單像素探測器獲得目標的空間頻率為(f_x,f_y)的調制光強，從而獲得空間頻率為(f_x,f_y)的傅立葉頻譜T(f_x,f_y)；

步驟一四、重復步驟一三的操作，直到所有采樣的點測量完成，最終獲得目標的欠采樣頻譜T；

步驟二、重構過程

通過重構過程直接從欠采樣頻譜T中恢復出目標的圖像，包括以下步驟：

步驟二一、構建數據集，根據采集過程原理，對數據集的圖像進行模擬欠采樣傅立葉單像素成像測量，獲得數據集的欠采樣頻譜數據集Y；

步驟二二、制作數據集的監督標簽，對數據集的圖像進行全采樣獲得頻域標簽，即全采樣的傅立葉頻譜Y₁，將全采樣的傅立葉頻譜Y₁進行傅立葉逆變換，獲得時域標簽，即全采樣的時域圖像Y₂；

步驟二三、設計并搭建重構網絡；

步驟二四、使用步驟二一獲得的欠采樣數據集Y訓練重構網絡，得到最佳模型；

步驟二五、使用步驟二四訓練得到的最佳模型，將實驗裝置采集的欠采樣頻譜輸入到最佳模型之中，獲得傅立葉單像素成像的重構結果。

2.根據權利要求1所述的基于時域和頻域相協調的傅立葉單像素成像重構方法，其特征在于所述步驟一二中，空間光調制器采用空間光調制器或數字微鏡裝置。

3.根據權利要求1所述的基于時域和頻域相協調的傅立葉單像素成像重構方法，其特征在于所述步驟一三中，獲得對應空間頻率的頻譜方法采用四步相移法或三步相移法。

4.根據權利要求3所述的基于時域和頻域相協調的傅立葉單像素成像重構方法，其特征在于所述頻譜方法采用四步相移法時，步驟一三的具體步驟如下：

獲取對應空間頻率為(f_x,f_y)的傅立葉頻譜T(f_x,f_y)，根據四步相移法分別將空間頻率為(f_x,f_y)而初相位分別為0、π/2、π、3π/2的四個傅立葉基底圖案照射到物體上或者將物體的反射光照射到DMD上，這四個傅立葉基底圖案分別記為P₀、P_π/2、P_π和P_3π/2，單像素探測器依次采集信號得到光強值D₀、D_π/2、D_π和D_3π/2，根據單像素探測器測量的四個光強值，得到頻率為(f_x,f_y)的傅立葉頻譜T(f_x,f_y)表達式為：

T(f_x,f_y)＝[D₀(f_x,f_y)-D_π(f_x,f_y)]+j[D_3π/2(f_x,f_y)-D_π/2(f_x,f_y)]。