一种基于单像素探测器的物体定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单像素探测器的物体定位方法，是通过计算机生成二维哈达玛矩阵，获得行排列和列排列的二维投影图案，行排列的二维投影和列排列的二维投影图案依次经过光调制器和投影系统，照明光场对物体进行照明，并获取光强信号响应值，在此基础上使用光强信号响应值和行数据进行运算，获取物体图像沿列和行方向的累加分布曲线，对曲线进行阈值处理获取物体在场景中的位置。该发明专利技术的优点在于：通过融合单像素成像技术，实现对物体的定位，系统无扫描装置，使用单像素探测器，能有效降低系统的成本和复杂度，能有效提高在弱信号情况下的物体定位能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单像素探测器的物体定位方法
本专利技术涉及物体探测
，尤其是一种基于单像素探测器的物体定位方法。
技术介绍
人类生产生活中最主要的信息来源是图像，成像探测方法是获取图像的一种主要方式。单像素成像技术是一种在成像机理上和传统成像技术有着本质区别的技术，因为其具有一些独特的优点，受到人们的关注。单像素成像技术使用没有空间分辨能力的探测器(如光电倍增管)进行时间上的多次采样，实现对目标物体成像。单像素成像技术最早源于利用量子纠缠效应的鬼成像技术，后来发展出利用热光的单像素鬼成像技术。由于单像素成像技术使用仅有一个像素的探测器来进行物理信息的采样，需要使用大量在空间上进行调制的不同光场，按照时间先后顺序投射到目标物体，以获取空间分辨。是一种以牺牲时间分辨率来换取空间分辨率的成像方案。而在对物体进行定位追踪时，不需要对物体进行成像，只需要获取物体位置信息即可。基于傅里叶切片定理，利用傅里叶单像素成像系统实现了对物体的定位[H.Jiang,S.Zhu,H.Zhao,B.Xu,andX.Li,“Adaptiveregionalsingle-pixelimagingbasedontheFourierslicetheorem,”Opt.Express25(13),15118-15130(2017).]。在单像素成像系统中数字微镜器件是广泛使用的高速空间光调制器件，目前数字微镜器件对光场的二值化调制频率可到22KHz以上，但是调制8位灰度级的图案，频率大约为250Hz。而傅里叶单像素成像系统中采用灰度空间结构光场，在使用数字微镜器件进行实际应用时，投影频率较低，因此基于傅里叶切片定理的物体定位方法的实时性将会受到限制。
技术实现思路
为了克服上述现有技术，为此，本专利技术提供一种基于单像素探测器的物体定位方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于单像素探测器的物体定位方法，其特征在于，具体步骤如下，S1、计算机生成一个N×N的二维哈达玛矩阵，抽取每行的行数据tM(L)，其中L取值范围[1,N]，M表示序号,M的取值范围为[1,N]；S2、计算机对每行的行数据按照行排列构建N×N的二维矩阵BMh，h表示行，对二维哈达玛矩阵中的N个行数据进行相同构建操作，获得N个二维矩阵BMh，组成二维矩阵组；对二维矩阵BMh进行转置得到二维矩阵BMν，ν表示列，即转置后N个行数据进行相同构建操作，获得N个二维矩阵BMν，组成二维矩阵组；S3、按照矩阵元素正负进行分解，二维矩阵BMh分解后得到互补的二维矩阵和二维矩阵即N个二维矩阵BMh分解后获得N个二维矩阵和N个二维矩阵形成行排列的二维投影图案；N个二维矩阵BMν分解后得到互补的N个二维矩阵和N个二维矩阵形成列排列的二维投影图案；S4、使用光调制器，对光源按照行排列的二维投影图案和列排列的二维投影图案交替以互补的二维矩阵形式进行调制，调制后的光场依次通过投影系统照射在物体上，单像素探测器接收来自物体的光强信号响应值，再使用数据采集卡采集记录单像素探测器的光强信号响应值，数据采集卡(7)将该光强度相应值传输到计算机；S5、计算机根据光强信号响应值和行数据tM(L)分别获取物体图像沿列方向的累加分布曲线Fh(L)、物体图像沿行方向的累加分布曲线Fv(L)；S6、在计算机中输入Fh(L)和Fv(L)的设定阈值，利用上述沿列方向的累加分布曲线Fh(L)和物体图像沿行方向的累加分布曲线Fv(L)进行阈值判断。详细地说，在步骤S3中，对二维矩阵BMh进行分解，在分解时，当BMh中所有+1数值的元素保持不变，-1数值的元素变为0时，变为二维矩阵当BMh中所有+1数值的元素变为0，-1数值的元素变为+1时，变为二维矩阵详细地说，物体用函数f(x,y)表示，其中x,y表示物体的像素点坐标，函数f(x,y)表示在x,y坐标点处的灰度值，采用二维矩阵和二维矩阵探测采集的光强信号响应值表示为：和即获得列方向下，物体在2N个光场照射物体时的探测光强信号响应值，表示为：和采用N个二维矩阵和N个二维矩阵获得行方向下，物体在2N个光场照射物体时的探测光强信号响应值，表示为：和详细地说，依据行数据与探测强度值之间的相关运算来获取物体图像在列方向下的累加分布曲线，其计算公式如下：依据行数据与探测强度值之间的相关运算来获取物体图像在行方向下的累加分布曲线，其计算公式如下：所述单像素探测器输出的电信号由数据采集卡进行16位离散获取。所述光调制器为数字微镜器件DMD。详细地说，所述投影系统为组合透镜。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术通过融合单像素成像技术，实现对物体的定位，系统无扫描装置，使用单像素探测器，能有效降低系统的成本和复杂度，能有效提高在弱信号情况下的物体定位能力。(2)本专利技术基于二值化调制光场的物体定位方法，能够有效利用光调制器的二值高速调制特性，有效提高对物体定位的实时性，可以实现对运动物体的快速实时定位。附图说明图1为本专利技术使用的装置示意图。图2为本专利技术中行排列的二维投影图像示例。图3为本专利技术中列排列的二维投影图像示例。图4为本专利技术中物体在行和列两个方向的累加分布曲线。图5为本专利技术中物体在两个不同时刻不同位置的定位效果图，其中白色方框为待测物体位置。图中标注符号的含义如下：1-计算机2-光源3-光调制器4-投影系统5-物体6-单像素探测器7-数据采集卡具体实施方式一种基于单像素探测器的物体定位方法，该方法基于图1所示的装置，该方法的一个具体实例步骤如下：S1、计算机1生成一个256×256的二维哈达玛矩阵，抽取每行的行数据tM(L)，其中L取值范围[1,256]，M表示序号,M的取值范围为[1,256]。S2、计算机1对每行的行数据按照行排列构建二维矩阵BMh，例如，h表示行,对二维哈达玛矩阵中256个行数据进行相同构建操作获得256个二维矩阵BMh组成二维矩阵组；对二维矩阵BMh进行转置得到二维矩阵BMν，ν表示列，即转置后256个行数据进行相同构建操作获得256个二维矩阵BMν组成二维矩阵组。S3、按照矩阵元素正负进行分解，在分解时，当BMh中所有+1数值的元素保持不变，-1数值的元素变为0时，变为二维矩阵当BMh中所有+1数值的元素变为0，-1数值的元素变为+1时，变为二维矩阵二维矩阵BMh分解后得到互补的二维矩阵和二维矩阵N个二维矩阵BMh分解后获得N个二维矩阵和N个二维矩阵形成行排列的二维投影图案，如图2所示。按照相同的方法，N个二维矩阵BMν分解后得到互补的N个二维矩阵和N个二维矩阵形成列排列的二维投影图案，如图3所示。S4、使用数字微镜器件DMD作为光调制器3，对光源2按照行排列的二维投影图案和列排列的二维投影图案交替进行调制，调制后的光场依次通过投影系统4照射在物体5f(x,y)上，其中x,y表示物体5的像素点坐标，函数f(x,y)表示在坐标x,y处的灰度值，单像素探测器6接收来自物体5的光强信号响应值，其中投影系统4为透镜。详细的说，数字微镜器件DMD的型号为TIDiscoveryV7100，单像素探测器6的型号为ThorlabsPMT-PMM02。光源2位LED白光源。获得光强信号响应值的步骤如下：采用二维矩阵和二维矩阵时，探测采集的光强信号响应值表示为：和即获得列方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单像素探测器的物体定位方法，其特征在于，具体步骤如下，S1、计算机(1)生成一个N×N的二维哈达玛矩阵，抽取每行的行数据tM(L)，其中L取值范围[1,N]，M表示序号,M的取值范围为[1,N]；S2、计算机(1)对每行的行数据按照行排列构建N×N的二维矩阵BMh，

【技术特征摘要】
1.一种基于单像素探测器的物体定位方法，其特征在于，具体步骤如下，S1、计算机(1)生成一个N×N的二维哈达玛矩阵，抽取每行的行数据tM(L)，其中L取值范围[1,N]，M表示序号,M的取值范围为[1,N]；S2、计算机(1)对每行的行数据按照行排列构建N×N的二维矩阵BMh，h表示行，对二维哈达玛矩阵中的N个行数据进行相同构建操作，获得N个二维矩阵BMh，组成二维矩阵组；对二维矩阵BMh进行转置得到二维矩阵BMν，ν表示列，即转置后N个行数据进行相同构建操作，获得N个二维矩阵BMν，组成二维矩阵组；S3、按照矩阵元素正负进行分解，二维矩阵BMh分解后得到互补的二维矩阵和二维矩阵N个二维矩阵BMh分解后获得N个二维矩阵和N个二维矩阵形成行排列的二维投影图案；N个二维矩阵BMν分解后得到互补的N个二维矩阵和N个二维矩阵形成列排列的二维投影图案；S4、使用光调制器(3)，对光源(2)按照行排列的二维投影图案和列排列的二维投影图案交替进行调制，调制后的光场依次通过投影系统(4)照射在物体(5)上，单像素探测器(6)接收来自物体(5)的光强信号响应值，再使用数据采集卡(7)采集记录单像素探测器(6)的光强信号响应值，数据采集卡(7)将该光强度相应值传输到计算机(1)；S5、计算机(1)根据光强信号响应值和行数据tM(L)分别获取物体(5)图像沿列方向的累加分布曲线Fh(L...

【专利技术属性】
技术研发人员：时东锋，王英俭，黄见，苑克娥，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34