一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法及装置。将空间域压缩成像技术与时间域压缩成像技术相结合，利用数字微镜器件DMD，使目标光信息在空域调制的同时进行时域调制，而探测器只需接收经过时、空域调制后的低速低分辨率图像。最后使用恢复算法从调制图像中恢复原高速高分辨率图像。本发明专利技术方法能够同时扩展相机的空间分辨率和时间分辨率，在不改变相机的前提下获得更高时间分辨率和空间分辨率的图像序列。同时，时空域压缩成像具有很高的压缩比，可以显著的减少采集的数据量，降低高速高分辨率视频对传输带宽的要求，使高速高分辨率成像系统成本更低且更易实现。

A method and device of parallel spatiotemporal joint compression imaging using DMD

The invention provides a parallel spatiotemporal joint compression imaging method and device adopting DMD. Combining space domain compression imaging technology with time domain compression imaging technology, DMD is used to modulate the target optical information in time domain while modulating in space domain, while the detector only needs to receive the low-speed and low-resolution image after modulating in time and space domain. Finally, the original high-speed and high-resolution image is recovered from the modulated image by using the recovery algorithm. The method of the invention can expand the spatial resolution and the temporal resolution of the camera at the same time, and obtain the image sequence with higher temporal resolution and spatial resolution without changing the camera. At the same time, space-time domain compression imaging has a high compression ratio, which can significantly reduce the amount of data collected, reduce the transmission bandwidth requirements of high-speed high-resolution video, and make the high-speed high-resolution imaging system cheaper and easier to achieve.

【技术实现步骤摘要】
一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法及装置
本专利技术涉及一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法及装置，具体涉及一种采用数字微镜阵列DMD和低速低分辨率相机的时域空域联合压缩感知的成像方法及实现系统，属于压缩成像和高速高分辨成像领域。
技术介绍
高时间分辨率和高空间分辨率一直是成像领域孜孜不倦追求的目标。高空间分辨率可以获得目标场景更丰富的细节信息；高时间分辨率可以获得动态目标更详细的变化过程。然而高时间分辨率且高空间分辨率的图像采集设备制造存在技术难题或者成本高昂。这主要是因为在数据读取及传输带宽一定的条件下，采集设备的空间分辨率和时间分辨率相互制约，高空间分辨率和高时间分辨率都会产生大量的数据，系统在这两方面性能上很难同时提高。而提升数据带宽需要更高的技术工艺且成本高昂。因此，研究在现有成像设备的条件下获得更高时间分辨率和高空间分辨率的成像技术，具有十分重要的意义。近年来，压缩感知技术因其在信号压缩领域的卓越表现受到研究工作者的广泛关注。由于压缩感知技术在信号被探测前进行压缩且具有很高的压缩比，因此可以显著的降低对采集设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法，其特征在于：/n步骤一：运动的目标或动态场景通过光学系统成像到数字微镜阵列DMD上，得到动态光信息；/n将运动目标或动态场景拆分为多帧连续微小变化的原始图像X，并将其按顺序分为n组，每组图像数量一致；若有剩余图像且不足一组，则舍弃剩余图像；每组中图像间差异极小，则认为每组中图像相同；n组图像即共有n帧待测图像；/n步骤二：生成时空域调制模板并使用时空域调制模板对目标进行调制；/n生成时空域调制模板；因为DMD加载二值模板的速度最快，则使用随机二值矩阵作为调制模板，生成随机二值矩阵C∈R

【技术特征摘要】
1.一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法，其特征在于：
步骤一：运动的目标或动态场景通过光学系统成像到数字微镜阵列DMD上，得到动态光信息；
将运动目标或动态场景拆分为多帧连续微小变化的原始图像X，并将其按顺序分为n组，每组图像数量一致；若有剩余图像且不足一组，则舍弃剩余图像；每组中图像间差异极小，则认为每组中图像相同；n组图像即共有n帧待测图像；
步骤二：生成时空域调制模板并使用时空域调制模板对目标进行调制；
生成时空域调制模板；因为DMD加载二值模板的速度最快，则使用随机二值矩阵作为调制模板，生成随机二值矩阵C∈Rm×n×k作为调制模板，其中R表示实数集，上标m×n×k表示数据维度；k表示模板个数；m、n表示模板的尺寸，同时也是待恢复的高分辨率图像的尺寸；
然后利用调制模板对目标进行调制；将调制模板加载到DMD上，使DMD按照设定的模板对入射光进行调制，调制结果记为Ytem，数学表示如下：
Ytemi＝Ci⊙Xi，i＝1，2，...，k(1)
式中，上标i表示图像或模板第几帧，即，Xi表示第i帧原图，Ci表示第i个模板，Ytemi表示第i帧调制图像；⊙表示矩阵的点乘；
步骤三：成像系统将调制后的光信息成像到相机探测阵列上；由于DMD的分辨率高于相机，因此需要将多个微镜反射的光线聚焦到相机的一个像素点上，以实现降采样，即空域压缩；
记相机采集的低分辨率图分辨率为md×nd，空域压缩(即空域下采样)是将调制后的调制图像Ytem下采样为空域下采样图像Ymid，数学表示如下：



式中，上标i含义与上文相同，下标r、s分别表示调制图像Ytem的行、列坐标，即表示调制图像Ytem的第i帧图像在第r行第s列处的值；r、s的值为：
r＝(p-1)×d+1：p×d(3)
s＝(q-1)×d+1：q×d(4)
p、q分别表示矩阵Ymid内数据的行、列坐标，取值范围为p＝1，2，...，md，p＝1，2，...，nd；表示空域下采样图像Ymid的第i帧图像在第p行第q列处的值；d表示空域压缩比；冒号：表示从前一个数开始递增，步长为1，直至后一个数为止，如z1：z...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯钧，张临夏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11