基于压缩采样的主动成像方法和系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
基于压缩采样的主动成像方法和系统
本专利技术涉及主动成像领域，具体地，涉及基于压缩采样的主动成像方法和装置。
技术介绍
在成像系统中，根据有无照明光源，分为主动成像和被动成像两种成像方式。被动成像最大的特点是本身不带光源，依赖目标或环境反射太阳等自然光或目标自身辐射，使用成像设备检测这些微弱信号并最终成像。主动成像是指利用人工照明的方式，采用一个人造光学辐射源照射目标，并利用接收机收集和探测目标景物直接或反射后的部分辐射并最后成像。由于激光具有高强度、高准直性、单色性好、易于同步等优点，因而在主动成像系统中常常采用激光器作为照明光源来照射目标，探测激光脉冲回波信号，获得目标的高分辨率图像。利用激光主动成像技术与先进的图像处理技术相结合探测目标，可以在零照度条件下，随时在所关心的区域内进行目标探测。压缩采样技术是一种新型的信号采集技术，其本质是对有用信息进行采集而抛弃无用信息，使得信号的采集效率更高，克服了奈奎斯特定律的限制，把信号采样和信号压缩同时进行。单像素成像是压缩采样技术在成像领域的重要应用，利用压缩采样原理，只需要单个像素的探测器就可以实现整幅图像的获取，...
【技术保护点】
一种基于压缩采样的主动成像系统，其特征在于，包括：脉冲光信号发生装置，用于产生脉冲光信号；光成像装置，用于对所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行成像；光采集装置，用于对光成像装置处理后的脉冲光信号照射目标场景形成的反射光进行采集；第一光调制器，用于对所述光采集装置采集到的反射光进行第一光谱调制；图像重构装置，用于对第一光调制器调制后的脉冲光信号进行图像重构。
【技术特征摘要】
1.一种基于压缩采样的主动成像系统的成像方法，其特征在于，包括：使用脉冲光信号发生装置产生脉冲光信号；将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制；将经过第一光谱调制后的脉冲光信号输入到光成像装置；使用从所述光成像装置输出的脉冲光信号照射目标场景；使用光采集装置采集所述目标场景的反射光；使用图像重构装置对所述反射光进行图像重构；在所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤之前，所述方法还包括：将所述脉冲光信号的频谱在时域上展开。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤包括：根据期望的成像图像的分辨率产生伪随机码；将伪随机码调制到脉冲光信号的光谱上。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述期望的成像图像的像素点数为N，则所述伪随机码包括M的序列，每个所述序列包括N个码片。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，M是N的20％-40％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲光信号发生装置包括：有脉冲输出的光源。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脉冲光信号发生装置包括：超短光脉冲源。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光成像装置包括：散射光栅和第一透镜；所述将经过第一光谱调制后的脉冲光信号输入到光成像装置的步骤包括：将调制后的脉冲光信号输入到散射光栅进行光谱的散射；将散射后的脉冲光信号通过第一透镜进行聚焦。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光成像装置还包括：偏振调整器件；所述将经过第一光谱调制后的脉冲光信号输入到光成像装置的步骤包括：将调制后的脉冲光信号输入到偏振调整器件进行偏振调整；将进行偏振调整后的脉冲光信号输入到散射光栅进行光谱的散射；将散射后的脉冲光信号通过第一透镜进行聚焦。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光成像装置包括：第一透镜；使用从所述光成像装置输出的脉冲光信号照射目标场景的步骤包括：所述目标场景放在所述第一透镜的焦点处；使用从所述第一透镜透出的脉冲光信号照射所述目标场景。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光采集装置包括：第二透镜；使用光采集装置采集所述目标场景的反射光的步骤包括：将所述第二透镜放在一固定位置，在该固定位置，所述目标场景到所述第二透镜的距离为所述第二透镜的焦距。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用图像重构装置对所述反射光进行图像重构的步骤包括：对采集到的脉冲光信号进行单像素压缩；将经过单像素压缩后的光信号转换成电信号；对所述电信号进行图像重构。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤包括：根据期望的成像图像的分辨率产生伪随机码；将伪随机码调制到脉冲光信号的光谱上；对所述电信号进行图像重构的步骤包括：使用所述伪随机码对所述电信号进行图像重构。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对采集到的脉冲光信号进行单像素压缩的步骤还包括：对所述采集到的脉冲光信号在时域上进行压缩；使用所述伪随机码对压缩后的脉冲光信号进行单像素压缩。14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述成像系统包括：第一色散器件；所述图像重构装置包括：第二色散器件；所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤之前，还包括：使用所述第一色散器件将所述脉冲光信号的频谱在时域上展开；对采集到的脉冲光信号进行单像素压缩的步骤包括：使用第二色散器件对所述采集到的脉冲光信号在时域上进行压缩；使用所述第一光谱调制中调制到所述脉冲光信号上的所述伪随机码对压缩后的脉冲光信号进行单像素压缩；所述第一色散器件的色散值为D1，所述第二色散器件的色散值为D2，D1＝-D2。15.根据权利要求1-14任一所述的方法，其特征在于，所述脉冲光信号发生装置包括：光信号发生器，第二码形发生器以及第二光调制器；所述使用脉冲光信号发生装置产生脉冲光信号的步骤，包括：所述光信号发生器产生无脉冲输出的光信号，并输入到第二光调制器；所述第二码形发生器产生脉冲信号，并输入到所述第二光调制器；所述第二光调制器将所述脉冲信号调制到所述光信号上。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二码形发生器产生的脉冲信号根据成像速率以及所述光信号发生器的光谱宽度产生。17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述成像系统包括：第一码形发生器；所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号进行第一光谱调制的步骤包括：使用第一码形发生器产生伪随机码；将伪随机码调制到脉冲光信号的光谱上；所述第一码形发生器与所述第二码形发生器的时钟信号同步。18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述成像系统还包括，时钟源；所述时钟源产生同步时钟信号，输入到第一波形或码形发生器以及第二波形或码形发生器。19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光信号发生器包括：宽带非相干光源。20.一种基于压缩采样的主动成像系统的成像方法，其特征在于，包括：使用脉冲光信号发生装置产生脉冲光信号；将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号输入到光成像装置；使用从所述光成像装置输出的脉冲光信号照射目标场景；使用光采集装置采集所述目标场景的反射光；对所述光采集装置采集的反射光进行第一光谱调制；使用图像重构装置将经过第一光谱调制后的脉冲光信号进行图像重构；所述对所述光信号采集装置采集的反射光进行第一光谱调制的步骤之前，还包括：将所述反射光的脉冲光信号的频谱在时域上展开。21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述对所述光采集装置采集的反射光进行第一光谱调制的步骤包括：根据期望的成像图像的分辨率产生伪随机码；将伪随机码调制到反射光的脉冲光信号的光谱上。22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述期望的成像图像的像素点数为N，则所述伪随机码包括M的序列，每个所述序列包括N个码片。23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，M是N的20％-40％。24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述脉冲光信号发生装置包括：有脉冲输出的光源。25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述脉冲光信号发生装置包括：超短光脉冲源。26.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述光成像装置包括：散射光栅和第一透镜；所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号输入到光成像装置的步骤包括：将脉冲光信号输入到散射光栅进行光谱的散射；将散射后的脉冲光信号通过第一透镜进行聚焦。27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述光成像装置还包括：偏振调整器件；所述将所述脉冲光信号发生装置产生的脉冲光信号输入到光成像装置的步骤包括：将调制后的脉冲光信号输入到偏振调整器件进行偏振调整；将进行偏振调整后的脉冲光信号输入到散射光栅进行光谱的散射；将散射后的脉冲光信号通过第一透镜进行聚焦。28.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述光成像装置包括：第一透镜；使用从所述光成像装置输出的脉冲光信号照射目标场景的步骤包括：所述目标场景放在所述第一透镜的焦点处；使用从所述第一透镜透出的脉冲光信号照射所述目标场景。29.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述光采集装置包括：第二透镜；使用光采集装置采集所述目标场景的反射光的步骤包括：将所述第二透镜放在一固定位置，在该固定位置，所述目标场景到所述第二透镜的距离为所述第二透镜的焦距。30.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，使用图像重构装置对经过第一光谱调制后的脉冲光信号进行图像重构的步骤包括：对经过第一光谱调制后的脉冲光信号进行单像素压缩；将经过单像素压缩后的光信号转换成电信号；对所述电信号进行图像重构。31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述对所述光采集装置采集的反射光进行第一光谱调制的步骤包括：根据期望的成像图像的分辨率产生伪随机码；将伪随机码调制到反射光的脉冲光信号的光谱上；对所述电信号进行图像重构的步骤包括：使用所述伪随机码对所述电信号进行图像重构。32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，对经过第一光谱调制后的脉冲光信号进行单像素压缩的步骤还包括：对所述经过第一光谱调制后的脉冲光信号在时域上进行压缩；使用所述伪随机码对压缩后的脉冲光信号进行单像素压缩。33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述成像系统包括：第一色散器件；所述图像重构装置包括：第二色散器件；所述对所述光采集装置采集的反射光进行第一光谱调制的步骤之前，还包括：使用所述第一色散器件将所述反射光的脉冲光信号的频谱在时域上展开；对经过第一光谱调制后的脉冲光信号进行单像素压缩的步骤包括：使用第二色散器件对所述经过第一光谱调制后的脉冲光信号在时域上进行压缩；使用所述第一光谱调制中的伪随机码对压缩后的脉冲光信号进行单像素压缩；所述第一色散器件的色散值为D1，所述第二色散器件的色散值为D2，D1＝-D2。34.根据权利要求20-33任一所述的方法，其特征在于，所述脉冲光信号发生装置包括：光信号发生器，第二码形发生器以及第二光调制器；所述使用脉冲光信号发生装置产生脉冲光信号的步骤，包括：所述光信号发生器产生无脉冲输出的光信号，并输入到第二光调制器；所述第二码形发生器产生脉冲信号，并输入到所述第二光调制器；所述第二光调制器将所述脉冲信号调制到所述光信号上。35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述第二码形发生器产生的脉冲信号根据成像速率以及所述光信号发生器的光谱宽度产生。36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述成像系统包括：第一码形发生器；所述对光采集装置采集的反射光进行第一光谱调制的步骤包括：使用第一码形发生器产生伪随机码；将伪随机码调制到所述反射光的脉冲光信号的光谱上；所述第一码形发生器与所述第二码形发生器的时钟信号同...
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