一种对Hadamard测量基进行排序的方法技术

本发明专利技术涉及一种对Hadamard测量基进行排序的方法：S1，根据待测图像的分辨率初始化参数M，M＝2

A method of sorting Hadamard measurement bases

【技术实现步骤摘要】
一种对Hadamard测量基进行排序的方法
本专利技术属于图像处理、计算成像
，设计了一种对Hadamard测量基进行排序的方法。
技术介绍
在计算成像、关联成像、计算鬼成像、计算量子成像，单像素相机，结构光照明成像或三维单像素激光雷达成像等技术中，编码矩阵的选择与优化决定着图像重建速度和图像信噪比，是上述领域的核心技术和关键技术。编码矩阵的选择直接影响重建算法的执行效率和图像重建效果，并且算法的优化也需要考虑编码矩阵的特征。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有计算关联成像中测量基无法实现压缩测量同时保证重建图像的信噪比问题，提供了一种利用Hadamard矩阵产生测量编码的排序方法，用于单像素成像等技术中，能够实现压缩采样下，兼顾成像速度和高信噪比。本专利技术解决技术的方案是：一种对Hadamard测量基进行排序的方法，包括如下步骤：步骤S1，根据待测图像的分辨率初始化参数M，M＝2n，n＝1,2,...；步骤S2，生成完备的Hadamard测量基组，并获取每个测量基在水平和竖直方向上的分辨率信息i和j；步骤S3，构建以实数d为参数的函数该函数关于自变量i和j单调递增，且i和j可互易，函数值fd(i,j)关于参数d的值成连续变化；步骤S4，分别对i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,M取值，依次得到M2个fd的函数值；步骤S5，根据M2个函数值，对Hadamard测量基进行索引，即生成测量时的顺序，排序按M2个函数值从小到大进行。优选的，根据所期望成像的分辨率确定M的取值，其中M为2的正整数次幂。优选的，通过下述方式生成完备的Hadamard测量基组：iii)构建M2行M2列的Hadamard矩阵记为iv)抽取的行或列向量，将其按顺序重新排列成M行M列的方阵PM，共可获得M2个方阵PM，即完备的测量基组；对每一个方阵PM，任取方阵PM的一列，按提取列的元素值分段，元素数值相同为一段，记段数为索引i；任取方阵PM的一行，按元素数值相同为一段，记段数为索引j，则该方阵PM即测量基对应于有序整数对(i,j)。优选的，通过下述方式生成完备的Hadamard测量基组：(1)构建M行M列的Hadamard矩阵HM；(2)将Hadamard矩阵HM按照Walsh序对行向量进行重排，得到M行M列的新矩阵WM；(3)取WM的第j行rj和第i列ci，构造M行M列的矩阵PM(i,j)＝cirj；即为对应于有序整数对(i,j)的Hadamard矩阵测量基。优选的，步骤S2中每一个测量基在行和列方向上的分辨率信息不同。优选的，所述的参数d的取值范围为整个实数域，且函数fd的值关于d成连续变化。优选的，所述步骤S5排序过程中对于函数值不同的测量基按照函数值进行分组。优选的，所述步骤S5排序过程中对于测量基按函数值分组后，再按函数值将各组从小到大进行排序。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1)生成的编码矩阵(图案)，按照在对物体成像过程中，可获得分辨率从低到高的图像，在实际应用中获得满足要求的图像后即可随时终止测量；2)排序编码中只包括两种矩阵元素‘-1’和‘+1’，且两种元素在矩阵中的个数相等，可用于光学差分测量，有效抑制环境噪声影响，鲁棒性强，在工程上易于实现，例如德州仪器生产的数字微镜阵列器件(digitalmicro-mirrordevice，DMD)，DMD器件有数百万个微镜，微镜尺寸在微米量级，可以在±12°两个方向切换，在物理上可等效为“开”对应矩阵元+1，“关”对应矩阵元-1；3)编码在应用于计算成像、关联成像、计算鬼成像、计算量子成像，单像素相机，结构光照明成像或三维单像素激光雷达成像等技术时，无需存储编码矩阵，可通过快速Hadamard变换、关联迭代或压缩感知算法实现快速成像。本专利技术中生成的编码能够作为结构光照明编码、光场调制编码，解决量子成像、关联成像、单像素成像、单像素相机等技术中的编码矩阵压缩采样问题，使得上述技术更好地满足实际应用中的快速、高质量成像需求。附图说明图1是本专利技术实施例中一种Hadamard测量基排序方法的流程图；图2是本专利技术实施例中直积方法生成的256×256的Hadamard矩阵图案；图3是本专利技术实施例中抽取图2的Hadamard矩阵第208行并重新排列成16×16方阵；图4是本专利技术实施例中直积方法生成的16×16的Hadamard矩阵图案；图5本专利技术实施例中按照Walsh序排列的16×16的Hadamard矩阵图案；图6是本专利技术实施例中获得的P16(5,4)测量基图案；图7是本专利技术实施例中待排序的Hadamard测量基组；图8是本专利技术实施例中当d＝0.5时各测量基的fd值；图9是本专利技术Hadamard测量基图案按照f0.5值进行分组结果；图10是本专利技术Hadamard测量基图案按照f0.5值进行排序结果。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。本专利技术公开了一种对Hadamard测量基进行排序的方法，可以生成调制编码矩阵，用于计算成像、关联成像、计算鬼成像、计算量子成像，单像素相机，结构光照明成像或三维单像素激光雷达成像等技术，提升上述计算成像系统的图像重建速度和成像信噪比。参照图1，示出了本专利技术实施例中一种Hadamard测量基排序方法的步骤流程图。在本实施例中，Hadamard测量基排序方法，包括：步骤S1，根据期望的图像分辨率初始化参数M，M＝2n，n＝1,2,...；步骤S2，生成完备的Hadamard测量基组，生成方法可分两种：第一种生成方法：通过Hadamard矩阵生成，步骤如下：i)基于步骤S1中设定的参数M，以公知的方式构建M2行M2列的Hadamard矩阵记为ii)抽取的行(或列)向量，将其按顺序重新排列成M行M列的方阵PM，共可获得M2个方阵PM，即完备的测量基组；iii)对每一个方阵PM，任取方阵PM的一列，按提取列的元素值分段，元素数值相同为一段，记段数为索引i；任取方阵PM的一行，按元素数值相同为一段，记段数为索引j，则该方阵PM(即测量基)对应于有序整数对(i,j)，i,j＝1,2,3….。第二种生成方法，通过Walsh序的Hadamard矩阵，步骤如下：i)基于步骤S1中设定的参数M，以领域内公知的方式构建M行M列的Hadamard矩阵HM；ii)以领域内公知的方式将Hadamard矩阵HM按照Walsh序对行向量进行重排，得到M行M列的新矩阵WM；iii)取WM的第j行rj和第i列ci，构造M行M列的矩阵PM(i,j)＝cirj；即为对应于有序整数对(i,j)的Hadamard测量基图案。上述两种方法是等效的，都可以获得M2个测量基，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对Hadamard测量基进行排序的方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤S1，根据待测图像的分辨率初始化参数M，M＝2

【技术特征摘要】
1.一种对Hadamard测量基进行排序的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1，根据待测图像的分辨率初始化参数M，M＝2n，n＝1,2,...；
步骤S2，生成完备的Hadamard测量基组，并获取每个测量基在水平和竖直方向上的分辨率信息i和j；
步骤S3，构建以实数d为参数的函数



该函数关于自变量i和j单调递增，且i和j可互易，函数值fd(i,j)关于参数d的值成连续变化；
步骤S4，分别对i＝1,2,...,M，j＝1,2,...,M取值，依次得到M2个fd的函数值；
步骤S5，根据M2个函数值，对Hadamard测量基进行索引，即生成测量时的顺序，排序按M2个函数值从小到大进行。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所期望成像的分辨率确定M的取值，其中M为2的正整数次幂。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过下述方式生成完备的Hadamard测量基组：
i)构建M2行M2列的Hadamard矩阵记为
ii)抽取的行或列向量，将其按顺序重新排列成M行M列的方阵PM，共可获得M2个方阵PM，即完备的测量基组；
对每一个方阵PM，任取方阵PM的一列，按提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁梓豪，赵琳琳，李明飞，孙晓洁，刘院省，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11