一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法技术

本发明专利技术公开了一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，利用数字微镜阵列DMD的0和1控制状态获取运动目标场景的两个编码模式互补的两路孔径编码编图像，其中一路采用时变振幅调制方式实现时间压缩，通过单次曝光积分的单帧混叠图像解算出多帧序列图像；另一路采用时变振幅调制和色散光栅，实现单次曝光积分的单帧光谱混叠图像解算出多光谱序列图像；再通过时间压缩重构图像序列与多光谱图像序列融合，实现空间－时间－光谱联合压缩感知；本发明专利技术的方法依据大尺度的观测矩阵实现CACTI成像获取视频序列的基准帧，可以实现与CASSI成像通道之间的快速配准。

【技术实现步骤摘要】
一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法
本专利技术属于光场调制和计算成像
，具体涉及一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法。
技术介绍
利用光场调制和压缩感知原理实现空间目标多维光场联合采集和超分辨率重建的方法主要包括：CS-MUVI、CS-CAKEI、CASSI和CACTI。CS-MUVI成像方法是基于单像素相机提出的一种时空超分辨率成像方法，方法采用双尺度的编码观测矩阵，在目标运动速度较低且满足一定观测次数条件下才能复原出高分辨率的视频序列。该方法利用单元探测器实现阵列图像的获取，极大地降低了系统硬件成本，但图像重构分辨率依赖于目标场景的运动估计精度且观测时间长，仅对静止或低速运动目标观测有效。CS-CAKEI成像方法是将编码曝光与压缩编码孔径成像技术相结合的时空超分辨率成像技术，同时实现了时间和空间的超分辨率成像，其对硬件和重建算法要求较高，需要对系统进行严格标定。CACTI成像方法可以实现时间超分辨率成像，其硬件实现成本较低，由于采用运动编码孔径方式，系统需要增加光学掩膜和运动控制器，降低成像系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、在矩阵元素为{+1,-1}的Hadamard中任意抽取N

【技术特征摘要】
1.一种多尺度编码孔径光谱时间压缩感知成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在矩阵元素为{+1,-1}的Hadamard中任意抽取NF行，将每一行构成一个矩阵，并进行上采样，获得NF个与DMD单元数一致的N1×M1维的编码矩阵；其中NF为单次曝光图像可重构的图像数量；
步骤2、单曝光多光谱压缩感知图像重构，具体为：
用所述编码矩阵控制DMD的编码；DMD接收目标场景的光束，分成两束，其中一束经光栅色散后，进入宽光谱相机；所述宽光谱相机获得包含可见光和近红外的光谱图像；另一束光进入可见光相机；
宽光谱相机在一次曝光周期中，DMD经过NF个编码矩阵控制，光束在宽光谱相机探测器表面形成不同波长的多光谱混叠图像；对于该多光谱混叠图像，采用交替方向乘子全变分正则算法重构出一次曝光周期的多光谱图像序列；宽光谱相机经过设定次数的曝光后，得到多光谱图像序列So；
步骤3，单曝光孔径编码时间压缩图像序列重构，具体为：
DMD经过NF个编码矩阵控制，可见光相机完成一次曝光，获得混叠的全色图像；利用混叠的全色图像通过优化反演算法获得全色图像序列；可见光相机经过设定次数的曝光后，得到全色图像序列Sr；
步骤4、在同一个曝光周期内，找到多光谱图像序列So中在该曝光周期内的图像序列So(i)，i∈[1,…,NF]，以及全色图像序列Sr中在该曝光周期内的图像序列Sr(t)，t∈[1,…,NF]，估计不同波长光谱图像与全色图像之间的转换函数：



则图像序列Sr(t)中第t帧图像对应的第i个波长λi下的子帧图像为：
So(λi,t)＝Sr(t)V(λi,t)，i∈[1,…,NF]
按上面的计算方法得到每一帧全色图像对应的子帧图像，则得到MF×NF×NF帧多光谱图像序列；MF为设定曝光次数；
步骤5、对步骤4获得的MF×NF×NF帧多光谱图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：张廷华，孙华燕，樊桂花，李迎春，张怀利，李春阳，田磊源，郭惠超，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11