一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开的一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法及系统，属于计算成像技术领域。本发明专利技术通过强度编码型宽谱段双通道压缩成像，实现单次曝光同时捕获双通道图像，将双通道压缩成像系统时间分辨率提高一倍，在相同成像时间分辨率精度要求下，数据量降低一倍。本发明专利技术将双通道共用像面获取的混合图像采用编码压缩方式分离，在无需增加扫描装置情况下扩大成像视场。本发明专利技术采用全反射式成像实现双通道宽谱段成像。本发明专利技术通过强度编码型宽谱段双通道压缩成像，实现大视场和长焦距并存成像，能够在紫外、可见、红外全波段成像应用，具有成像系统分辨率高、带宽窄、简易装调、计算复杂度低、成像谱段宽、结构紧凑、稳定性高、经济性好优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法及系统


[0001]本专利技术属于计算成像
，涉及一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，科学技术不断发展，高速发展的时代对光学系统提出了新的要求，但传统光学系统设计面临严重瓶颈，无法完全解决时代的需要，计算成像应运而生。计算成像通过充分运用目前高通讯带宽、高浮点计算效率的优点，缓解光学系统的压力，在降低光学系统成本，提高光学系统性能与指标上有着巨大的应用价值。当前，光学系统在监控领域有着重大应用，在工业生产、智慧城市、智能制造、自动化、体育比赛、城市治安等诸多领域有着广阔的前景。这些应用领域也不断向光学系统设计提出新的要求和指标。
[0003]目前监控用光学镜头不断追求越来越大的视场和越来越长的焦距，越来越大的视场意味着可以监控更大的范围，获取更加丰富的物方信息，而越来越长的焦距则提高了光学系统的工作距离和空间分辨率。但受限于传统光学设计理论，视场和焦距一直是一对矛盾的量，无法同时有效提升。传统解决问题的方式有探测器拼接、复眼、扫描等方式。但探测器拼接不可避免的会造成信息量几何倍数的增长，另外探测器和探测器拼接部分会造成视场的丢失，不利于监控；复眼的设计难度大，而且加工装调都会有非常大的难度，同样会造成信息量的极具增大，成本的提高；光学扫描则会在光学系统中增加光学扫描机构和舵机等，复杂的电机系统和旋转机构会大大降低系统的可靠性，并显著提高系统的体积和重量，还会带来时间分辨率的下降。因此亟需一种能妥善解决视场和焦距之间矛盾的同时又不会带来其他矛盾的光学方案。
[0004]2016年，北京理工大学的程德文等人在《Design of all
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reflective dual
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channel foveated imaging systems based on freeform optics》中提出一种反射式双通道小凹成像光学系统，通过一个通道大视场成像，另一个通道长焦距，使得大视场和长焦距兼顾，但其采用双探测器，大大增加了系统带宽，且无法实现全局的高分辨。2021年，清华大学的朱钧等人在《Simultaneous improvement of field
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of
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view and resolution in an imaging optical system》中提出一种同时提高光学系统视场和焦距的设计方法，但其通过降低边缘视场焦距的方式来扩大视场，降低的边缘视场的分辨率，更类似于通过设计畸变来扩大视场，因此获得的图像不利于人眼观察。另外再压缩成像领域，与本专利相似的专利为CN201210172731.5、CN201210193244.7，但其主要应用于光谱领域，且是通过两块面阵探测器来实现的，增加了系统体积、重量、计算负担和系统带宽。

技术实现思路

[0005]为了解决光学成像视场和焦距的矛盾问题，本专利技术公开一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法及系统。要解决的技术问题是：通过强度编码型宽谱段双通道压缩成像，实现单次曝光同时捕获无色差双通道宽谱段图像，解决光学成像视场和焦距的矛盾，实现
大视场和长焦距并存成像，且具有成像系统分辨率高、带宽窄、成像谱段宽、结构紧凑、稳定性高、经济性好的优点。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]本专利技术公开的一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，通过强度编码型宽谱段双通道压缩成像，实现单次曝光同时捕获双通道图像，在相同探测器情况下，相较于传统轮换式工作的双通道成像系统，将双通道压缩成像系统时间分辨率提高一倍，且在相同成像时间分辨率精度要求下，数据量降低一倍。将双通道共用像面获取的混合图像采用编码压缩方式分离，在无需增加扫描装置情况下扩大成像视场，进而提高成像系统的结构紧凑性、稳定性和经济性。采用中间像面强度编码的方式进行压缩编码，可在像面处获得清晰的像面，便于装调，且图像复原均发生在空间域，无需进行多次傅里叶变换和卷积运算，计算复杂度低。采用全反射式成像实现双通道宽谱段成像。综上所述，本专利技术通过强度编码型宽谱段双通道压缩成像，解决光学成像视场和焦距的矛盾，实现大视场和长焦距并存成像，能够在紫外、可见、红外全波段成像应用中使用，且具有成像系统分辨率高、带宽窄、简易装调、计算复杂度低、成像谱段宽、结构紧凑、稳定性高、经济性好优点。
[0008]本专利技术公开的一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，将强度编码型宽谱段双通道压缩成像，拓展为强度编码型宽谱段多通道压缩成像，进一步扩大成像视场，提高成像系统的结构紧凑性、经济性、分辨率，压缩成像系统带宽。
[0009]所述一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，采用强度编码型宽谱段双通道压缩方式分离成像，实现方法如下：
[0010]步骤一：在中间像面上对强度编码型宽谱段双通道压缩成像光路获取的成像光束进行编码，编码调制通过在中间像面上放置的编码板实现，要求强度编码型宽谱段双通道压缩成像光路中的两个中间像面必须共面且不能完全重合，得到编码后的成像光束。
[0011]步骤二：对步骤一得到的编码后的成像光束，通过双通道共用像面曝光，获取的双通道共用像面混合图像。
[0012]所述双通道共用像面指双通道共用一个面阵光电探测器捕获混合图像。
[0013]所述面阵光电探测器捕获的混合图像的强度信息i(x,y)简化为
[0014]i(x,y)＝f1(x,y)
·
coding1(x,y)+f2(x,y)
·
coding2(x,y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]其中，
·
表示点乘，f1(x,y)、f2(x,y)表示强度编码型宽谱段双通道压缩成像光学系统的两个通道捕获的物空间信息，coding1(x,y)、coding2(x,y)表示强度编码型宽谱段双通道压缩成像光学系统的两个通道的所经过的编码板的区域二值模型。
[0016]步骤三：对步骤二获取的双通道共用像面混合图像进行去噪，将所述共用像面混合图像通过压缩感知复原算法进行图像复原，从一张图像中分别复原出两个成像通道的物方图像，即实现编码压缩分离成像。
[0017]所以将强度编码型宽谱段双通道压缩成像的逆问题转换为压缩感知复原问题：
[0018][0019]将公式(2)所示的压缩感知复原问题，作为图像复原的目标函数，将所述共用像面混合图像通过压缩感知复原算法进行图像复原，从一张图像中分别复原出两个成像通道的物方图像，即实现编码压缩分离成像。
[0020]通过所述采用强度编码型宽谱段双通道压缩方式分离成像，能够得到两幅分离图
像，作为优选，将所述两幅分离图像，根据双通道视场关系进行拼接，在扩大视场的基础上改善成像的视觉效果。
[0021]本专利技术还公开一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像系统，用于实现所述一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，其特征在于：通过强度编码型宽谱段双通道压缩成像，实现单次曝光同时捕获双通道图像，在相同探测器情况下，相较于传统轮换式工作的双通道成像系统，将双通道压缩成像系统时间分辨率提高一倍，且在相同成像时间分辨率精度要求下，数据量降低一倍；将双通道共用像面获取的混合图像采用编码压缩方式分离，在无需增加扫描装置情况下扩大成像视场，进而提高成像系统的结构紧凑性、稳定性和经济性；采用全反射式成像实现双通道宽谱段成像；通过具有实出瞳的强度编码型宽谱段双通道压缩成像，解决光学成像视场和焦距的矛盾，实现大视场和长焦距并存成像。2.如权利要求1所述的一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，其特征在于：采用强度编码型宽谱段双通道压缩方式分离成像，实现方法如下，步骤一：在中间像面上对强度编码型宽谱段双通道压缩成像光路获取的成像光束进行编码，编码调制通过在中间像面上放置的编码板实现，要求强度编码型宽谱段双通道压缩成像光路中的两个中间像面必须共面且不能完全重合，得到编码后的成像光束；步骤二：对步骤一得到的编码后的成像光束，通过双通道共用像面曝光，获取的双通道共用像面混合图像；步骤三：对步骤二获取的双通道共用像面混合图像进行去噪，将所述共用像面混合图像通过压缩感知复原算法进行图像复原，从一张图像中分别复原出两个成像通道的物方图像，即实现编码压缩分离成像。3.如权利要求2所述的一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，其特征在于：步骤二中，所述双通道共用像面指双通道共用一个面阵光电探测器捕获混合图像；所述面阵光电探测器捕获的混合图像的强度信息i(x,y)简化为i(x,y)＝f1(x,y)
·
coding1(x,y)+f2(x,y)
·
coding2(x,y)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，
·
表示点乘，f1(x,y)、f2(x,y)表示强度编码型宽谱段双通道压缩成像光学系统的两个通道捕获的物空间信息，coding1(x,y)、coding2(x,y)表示强度编码型宽谱段双通道压缩成像光学系统的两个通道的所经过的编码板的区域二值模型。4.如权利要求3所述的一种强度编码型宽谱段双通道压缩成像方法，其特征在于：步骤三中，所以将强度编码型宽谱段双通道压缩成像的逆问题转换为压缩感知复原问题：将公式(2)所示的...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，黄翼，武楚晗，钟乐，谢冰清，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：