一种压缩感知成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种压缩感知成像装置，包括载体、PSF测量系统和成像系统，PSF测量系统中的第一光源发出的第一光束经过空气/水体后由第一光电探测单元接收，第一光电探测单元为采用单像素探测器，通过移动平台带动第一光源或单像素探测器移动，从而得到整个光斑的能量分布信息，通过PSF计算单元根据第一光源发出的光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑成像的能量分布信息计算出该空气/水体在特定距离下PSF的频谱值，并通过中央处理单元计算得到成像单元对应的空气/水体的PSF的频谱值，根据该频谱值调整空间光调制器中的微镜，使得其投射到检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同，以抑制PSF的影响，提高图像的重构精度。

【技术实现步骤摘要】
一种压缩感知成像装置
本技术涉及水下目标检测识别与成像领域，具体涉及一种压缩感知成像装置。
技术介绍
关联成像(correlatedimaging)，也称鬼成像(ghostimaging)，是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性，通过参考光场与目标探测光场之间的强度关联运算，可以非定域地获取目标图像信息的新型成像技术。然而传统的关联成像存在采样次数较多，成像时间长，系统结构复杂的问题，并不适用于在复杂多变的环境中成像。压缩感知(CompressiveSensing)技术是近年来出现的一种全新的信号采样技术，不同于传统的奈奎斯特采样定理，该技术将信号的压缩过程与采样过程同步完成，即将高维的原始信号通过观测矩阵投影到低维的空间上，以少量的投影参数通过求解优化问题高概率的重构原始信号。该技术可以有效的提高信号采样效率，降低信号处理时间和计算成本。基于压缩感知的关联成像技术可以有效的克服传统关联成像技术关于探测时间、系统复杂度的问题。特别在恶劣天气或水下环境中，由于该技术仍然采用单像素探测器作为接收核心器件，其光电转换效率高，增益高，响应速度快，非常适合于弱光环境下的检测。由于光电探测器接收的不再是具有空间分辨率的信号，而是视场范围内的总光强值，不容易受到环境中的杂质干扰。另外，由于参考臂采用具有调制功能的器件代替，大幅度的降低了系统复杂度和体积度，使得系统的环境适应能力和稳定性得到了大幅度的提高。在压缩感知过程中，光强分布的调制越精确，照射目标时的调制分布图案与原始调制图案越接近，最终重构的图像越准确。然而由于介质的PSF的作用，到达目标时的光强度分布与预设的调制图案差别巨大，如图1a-1b所示，分别为预设的调制图案和到达目标时的光强度分布图。且随着成像距离的增加，PSF的影响越大，为了能够减少环境对图像重构造成的负面影响，需要实时掌握空气/水体的PSF，对空间光调制器或调制矩阵进行重新调整，使得其到达目标时的光强度分布与预设的调制图案相同。然而实际环境中包含的粒子情况往往十分复杂，并且随时间变化，现有的PSF的理论模型不能完整的表达实际系统所处环境的PSF参数。
技术实现思路
本技术提供了一种压缩感知成像装置，以解决现有技术在恶劣天气条件或水中，由于PSF的影响导致的图像重构精度低，成像距离和成像质量下降的问题。为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是：一种压缩感知成像装置，包括：载体和位于所述载体上的PSF测量系统和成像系统：所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元、移动平台和PSF计算单元，所述第一光源和第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光电探测单元为单像素探测器，所述移动平台带动所述第一光源或单像素探测器移动，所述第一光源发出的第一光束经过空气/水体之后进入第一光电探测单元，所述第一光束的发散角小于5mrad，所述第一光束的主光轴与所述单像素探测器的探测面垂直；所述成像系统位于所述载体上，包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述第一光源、PSF计算单元和空间光调制器连接。进一步的，所述PSF测量系统还包括第一光束整形器件，第一光束经过所述第一光束整形器件后形成能量分布均匀的圆形光斑，所述单像素探测器探测的径向的能量分布经过所述圆形光斑的圆心。进一步的，所述第一光源和第二光源为波长相同的单色光源。进一步的，所述第二光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源沿光路后方还设有波长选择单元，所述宽光谱光源发出的光束包括多种波段不同的单色光，所述第一光源位于所述载体上，包括与所述多种波段不同的单色光一一对应的单色光源，所述波长选择单元和所述单色光源均连接至所述中央处理单元，所述第一光电探测器位于所述移动平台上，并分时接收所述单色光源发出的光线。进一步的，所述第一光源和第二光源采用同一个由若干波段不同的单色光源组成的单色光源阵列，所述单色光源阵列沿光路后方设有分光单元，每个所述单色光源发出的光线经过所述分光单元后分别形成第一光束和第二光束，所述第一光电探测单元位于所述移动平台上，分时接收所述多个波段不同的单色光源发出的光线。进一步的，所述第一光电探测单元和第二光电探测单元为同一个单像素探测器，所述移动平台带动所述第一光源移动。本技术还提供一种如上所述的压缩感知成像装置的成像方法，包括以下步骤：S1：测量第一光束在空气/水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气/水体中行进的距离R；S2：打开第一光源发出第一光束，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束经过空气/水体之后进入单像素探测器进行探测，在探测的同时移动平台带动所述第一光源或单像素探测器沿垂直于第一光束主光轴的方向移动一定距离；所述单像素探测器将探测到的光斑的能量分布信息发送至所述PSF计算单元；S3：所述PSF计算单元根据第一光源的原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气/水体环境对应距离r时的PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元；S4：所述中央处理单元通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气/水体的PSF的频谱值，并根据该频谱值调整空间光调制器使到达检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同；S5：所述第二光源发出第二光束，经过所述空间光调制器调制后通过投射系统投射至所述检测目标上，经所述检测目标反射的光线由所述第二光电探测单元接收；S6：所述第二光电探测单元接收所述检测目标反射的光线并传递给所述中央处理单元，所述中央处理单元根据空间光调制器的原调制矩阵和第二光电探测单元的探测信息进行关联运算，得到成像结果。进一步的，所述步骤S3中，PSF计算单元计算该空气/水体环境对应距离r时的PSF的频谱值包括以下步骤：S31：对第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布进行傅里叶变换得到探测光斑的频谱，同时对第一光源的原始光斑的能量分布进行傅里叶变换得到原始光斑的频谱；S32：将探测光斑的频谱与原始光斑的频谱做点除运算得到该空气/水体对应的PSF的频谱值。进一步的，所述步骤S4中，中央处理单元调整空间光调制器的步骤如下：S41：测量第二光束在空气/水体中的发散角以及检测目标与第二光源之间的距离L；S42：根据第二光源照射的空间光调制器上调制出的调制矩阵的一个像素单元的尺寸以及测量得到的发散角和距离L计算得到检测目标处调制光斑中一个像素单元的尺寸，作为经空气/水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸；S43：将所述经空气/水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸与对应距离下的PSF的频谱值进行去卷积运算得到未经水影响后的光斑的像素单元的尺寸；S44：利用物像关系得到空间光调制器上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸；S45：中央处理单元根据空间光调制器上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸控制与该像素单元尺寸对应数量的微镜作为一个像素单元进行反应。本技术还提供一种如上所述的压缩感知成像装置的成像方法，包括以下步骤：S1：测量第一光束在空气/水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩感知成像装置，其特征在于，包括：载体、PSF测量系统和成像系统：所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元、移动平台和PSF计算单元，所述第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光电探测单元为单像素探测器，所述移动平台带动所述第一光源或单像素探测器移动，所述第一光源发出的第一光束经过空气/水体之后进入所述单像素探测器，所述第一光束的发散角小于5mrad，第一光束的主光轴与所述单像素探测器的探测面垂直；所述成像系统位于所述载体上，包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述第一光源、PSF计算单元和空间光调制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种压缩感知成像装置，其特征在于，包括：载体、PSF测量系统和成像系统：所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元、移动平台和PSF计算单元，所述第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光电探测单元为单像素探测器，所述移动平台带动所述第一光源或单像素探测器移动，所述第一光源发出的第一光束经过空气/水体之后进入所述单像素探测器，所述第一光束的发散角小于5mrad，第一光束的主光轴与所述单像素探测器的探测面垂直；所述成像系统位于所述载体上，包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述第一光源、PSF计算单元和空间光调制器连接。2.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述PSF测量系统还包括第一光束整形器件，第一光束经过所述第一光束整形器件后形成能量分布均匀的圆形光斑，所述单像素探测器探测的径向的能量分布经过所述圆形光斑的圆心。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄帆，韩捷飞，初宁，蔡栋，龙涛，邹诚，
申请(专利权)人：苏州蛟视智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32