[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

本發明公開了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，所述方法包括采集過程和重構過程，其中：采集過程是在設置的采樣模式下利用傅立葉基底圖案對被測目標進行編碼，然后通過單像素探測器獲得其光強值，根據光強值獲得對應空間頻率的傅立葉系數，從而獲得目標的欠采樣傅立葉頻譜。通過實驗裝置對目標采集完畢后，采用基于時域和頻域相協調的重構方法從采集的欠采樣傅立葉頻譜中重構出目標圖像。本發明的重構方法利用神經網絡將時域信息和頻域信息相協調對欠采樣頻譜進行重構，能夠解決傳統傅立葉單像素欠采樣條件下質量下降的問題，從而提高單像素成像效率。

技術領域

本發明屬于光電成像領域，涉及一種傅立葉單像素成像重構方法，具體涉及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。

背景技術

傅立葉單像素成像技術作為單像素成像的一種成像體質，因其高成像質量的性能和傅立葉譜稀疏性允許欠采樣的優勢，是目前單像素成像技術中受到重點關注的技術之一。為了提高成像效率，通常采用欠采樣的方式減少測量次數，從而減少數據采集時間。然而，由于欠采樣只采集低頻系數而忽略高頻系數，導致重構的圖像出現明顯振鈴效應，缺乏細節的信息，采樣率越低重構的圖像降質尤為明顯。

發明內容

為了提高欠采樣條件下傅立葉單像素成像的成像質量，本發明提供了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。該方法利用神經網絡將時域信息和頻域信息相協調，從欠采樣頻譜中直接重構出高質量的圖像。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

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，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，其中：空間光調制器可以采用空間光調制器(SLM)或數字微鏡裝置(DMD)；

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)，其中：獲得對應空間頻率的頻譜方法可采用四步相移法或三步相移法，單像素成像技術可采用前端調制技術和后端調制技術；

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。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：