一种主动照明压缩感知成像装置及成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动照明压缩感知成像装置及成像方法，包括发射单元、信号探测器、调制控制单元、光延迟单元、数据采集单元和数据处理单元；发射单元包括沿光路依次设置的光源、空间光调制器、投射镜组，空间光调制器的正态光场通过第一投射单元投射到目标处，负态光场通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元投射到目标相同位置处。信号探测器检测目标反射的光信号，数据采集单元与信号探测器、数据处理单元连接，调制控制单元连接空间光调制器和数据处理单元。通过将负态光场延迟投射到目标上的成像区域，利用正态光场和负态光场图像融合获得最终图像，提高了光能量利用率，减小了系统复杂度和体积，提高了抗噪声干扰能力。扰能力。扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种主动照明压缩感知成像装置及成像方法


[0001]本专利技术涉及目标检测识别与成像领域，具体涉及一种主动照明压缩感知成像装置及成像方法。

技术介绍

[0002]关联成像(correlated imaging)，也称鬼成像(ghost imaging)，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，并不适用于在水体这种复杂多变的环境中成像。压缩感知(Compressive Sensing)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。
[0003]现有的压缩感知成像技术采用数字微镜阵列(DMD)实现对光场的二值化调制，这种方式操作简单，光效率高，稳定性好，有利于该技术的实用化推广。然而，DMD在调制过程中，除了会反射与预设测量矩阵相同的正态光场外，还会从另一个角度反射出与正态光场互补的负态光场，这部分光能量通常直接被光能量吸收模块吸收，不用于最终的成像。再加上通常的测量矩阵稀疏性很强，导致光源的绝大部分能量被浪费，影响系统的整体运行效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种主动照明压缩感知成像装置及成像方法，以解决现有技术中的压缩感知过程中光能量利用率低的问题，减小了系统复杂度和体积，提高了抗噪声干扰能力。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种主动照明压缩感知成像装置，其特征在于，包括发射单元、信号探测器、调制控制单元、光延迟单元、数据采集单元和数据处理单元；发射单元包括沿光路依次设置的光源、空间光调制器、投射镜组，空间光调制器的正态光通过第一投射单元投射到目标处，负态光通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元投射到目标相同位置处。信号探测器检测目标反射的光信号，数据采集单元与信号探测器、数据处理单元连接，调制控制单元连接空间光调制器和数据处理单元。
[0006]进一步的，所述发射单元还包括位于所述空间光调制器后方的第一投射单元和光延迟单元后的第二投射单元，以及所述空间光调制器前方的整形准直单元。
[0007]进一步的，所述光延迟单元为法布里珀罗腔或光纤传像束，用于延长成像光束传播的距离，根据设定的传播距离实现负态光的特定时间的延迟投射。
[0008]进一步的，所述光源为脉冲光源，用于时间飞行法计算检测目标距离。
[0009]进一步的，信号探测器为单像素探测器。
[0010]本专利技术还提供一种如上所述的成像系统的成像方法，包括以下步骤：
[0011]S1：所述光源发出的光束经过准直整形单元后照射到空间光调制器，空间调制器根据调制控制单元的测量矩阵对光场进行调制，调制后将光束分成正态光场和负态光场两束光；
[0012]S2：正态光场通过第一投射单元投射到检测目标，负态光通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元投射到检测目标的相同位置；
[0013]S3：信号探测器接收该照射范围的反射光信号，并将数据传递给数据采集单元；
[0014]S4:数据处理单元接收数据采集单元获得的数据，根据光脉冲发生时间和光延迟单元设定的延迟时间，划定正态光信号和负态光信号峰值各自所在区域，提取各区域的峰值信号得到正态光的观测值和负态光的观测值，分别进行存储；
[0015]S5:变换调制控制单元的测量矩阵，重复步骤S1～S4，完成M次观测后，数据处理单元获得正态光观测值向量和负态光观测值向量；
[0016]S6：结合测量矩阵，分别对两个观测值向量进行压缩感知重构，得到检测目标上同一区域的两幅图像，将两幅图像相加并归一化，得到最终图像。
[0017]本专利技术提供的一种主动照明压缩感知成像装置及成像方法，包括发射单元、信号探测器、调制控制单元、光延迟单元、数据采集单元和数据处理单元；发射单元包括沿光路依次设置的光源、空间光调制器、投射镜组，空间光调制器的正态光通过第一投射单元投射到目标处，负态光通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元投射到目标相同位置处。信号探测器检测目标反射的光信号，数据采集单元与信号探测器、数据处理单元连接，调制控制单元连接空间光调制器和数据处理单元。光源发出的光束经过准直整形单元后照射到空间光调制器，空间调制器根据调制控制单元的测量矩阵对光场进行调制，调制后将光束分成正态光场和负态光场两束光。正态光场通过第一投射单元投射到检测目标处，负态光通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元投射到目标处，目标反射光以不同的时间分别被信号探测器接收。数据采集单元接收信号探测器的信号，将数据传递给数据处理单元，数据处理单元根据光脉冲发生时间和光延迟单元设定的延迟时间，划定正态光信号和负态光信号峰值各自所在区域，提取各区域的峰值信号得到正态光的观测值和负态光的观测值，分别进行存储；变换测量矩阵多次测量后，获得正态光观测值向量和负态光观测值向量，通过压缩感知重构算法计算恢复出两幅图像，将两幅图像相加获得最终图像。本专利技术将负态光通过延迟特定时间的方式投射到空间中，只使用一个信号探测器接收正负态两种光场的信号，提高了光能量利用率，降低了系统复杂度和体积，除此之外，实现了用两幅图像相加的方式抑制了随机噪声，提高了系统抗噪声干扰能力。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1中利用法布里珀罗腔做延迟单元的成像系统结构示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例2中利用光纤做延迟单元的成像系统结构示意图；
[0020]图3是本专利技术实施例1和2中测量矩阵、正态光场和负态光场示意图
[0021]图中所示：110、光源；120、整形准直单元；130、空间光调制器；140、第一投射单元；150、第二投射单元；30、光延迟单元；40、信号探测器；50、调制控制单元；60、数据采集单元；70、数据处理单元；80、检测目标；301、第一反射镜；302、第二反射镜；303、第三反射镜；311、
聚焦镜；312、光纤传像束。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术作详细描述。
[0023]实施例1
[0024]如图1所示，本专利技术提供了一种主动照明压缩感知成像装置，包括发射单元、信号探测器40、调制控制单元50、光延迟单元、数据采集单元60和数据处理单元70；发射单元包括沿光路依次设置的光源110、空间光调制器130、投射镜组，空间光调制器130的正态光通过第一投射单元140投射到目标80处，负态光通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元150投射到目标80相同位置处。信号探测器40检测目标反射的光信号，数据采集单元60与信号探测器40、数据处理单元70连接，调制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动照明压缩感知成像装置，其特征在于，包括发射单元、信号探测器、调制控制单元、光延迟单元、数据采集单元和数据处理单元；发射单元包括沿光路依次设置的光源、空间光调制器、投射镜组，空间光调制器的正态光通过第一投射单元投射到目标处，负态光通过光延迟单元延迟特定时间后，经过第二投射单元投射到目标相同位置处。信号探测器检测目标反射的光信号，数据采集单元与信号探测器、数据处理单元连接，调制控制单元连接空间光调制器和数据处理单元。2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述发射单元还包括位于所述空间光调制器后方的第一投射单元和光延迟单元后的第二投射单元，以及所述空间光调制器前方的整形准直单元。3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光延迟单元为法布里珀罗腔或光纤传像束，用于延长成像光束传播的距离，根据设定的传播距离实现负态光的特定时间的延迟投射。4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光源为脉冲光源，用于时间飞行法计算检测目标距离。5.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，信号探测器为单...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩捷飞，孙立颖，李丽丽，
申请(专利权)人：苏州蛟视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：