对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法及介质技术

本发明专利技术的一种对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法及介质，其方法包括生成设好顺序的同步转编码图案；将这些同步旋转编码图案烧录进高速DMD内；旋转物体逆时针每旋转一度时，高速DMD将一个同步旋转编码图案投射到待测旋转物体表面中心位置；紧接着采集旋转物体表面反射的光强信号，直到同步旋转编码图案投完结束；最后对采集到的全部光强信号值输入到计算机中，通过图像恢复程序进行处理，重建出旋转物体的图像。发明专利技术通过同步旋转编码即可解决旋转物体的重建图像质量差的问题，利用四步相移傅里叶单像素成像技术，根据物体旋转角度和同步旋转编码图案的之间关系，设计出适合旋转物体成像的同步旋转编码图案。合旋转物体成像的同步旋转编码图案。合旋转物体成像的同步旋转编码图案。

【技术实现步骤摘要】
对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法及介质


[0001]本专利技术涉及单像素动态成像
，具体涉及一种对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法及介质。

技术介绍

[0002]目前的单像素成像技术在旋转物体成像中，会出现物体旋转周期与每种照明模式的曝光时间不匹配情况，造成采集到的实验数据有偏差，恢复的成像结果差，需要用到校准方案解决此问题。现有的傅里叶单像素成像技术由于空间光调制器速度的限制以及需要大量编码图案才能够恢复物体，导致恢复一幅图像需要的时间过长，不能对旋转物体进行成像。
[0003]总的来说，目前的单像素成像技术对旋转物体成像，会出现物体旋转周期与每种照明模式的曝光时间不匹配问题；
[0004]现有的傅里叶单像素成像技术受制于空间光调制器速度，而且需要大量编码图案才能够恢复物体，导致恢复一幅图像需要的时间过长，不能对旋转物体进行成像。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出的一种对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，可至少解决上述技术问题之一。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，包括：
[0008]首先通过程序预先生成设好顺序的一系列同步旋转编码图案；然后将这些同步旋转编码图案烧录进高速DMD内；接着旋转物体逆时针每旋转一度时，高速DMD将一个同步旋转编码图案投射到待测旋转物体表面中心位置，确保此图案经待测旋转物体表面反射的调制信号含有待测旋转物体表面信息；紧接着采集旋转物体表面反射的光强信号，直到同步旋转编码图案投完结束；最后对采集到的全部光强信号值输入到计算机中，通过图像恢复程序进行处理，重建出旋转物体的图像。
[0009]进一步的，所述通过程序预先生成设好顺序的一系列同步旋转编码图案，具体包括通过程序生成设好顺序的一系列同步旋转编码图案，同步旋转编码图案是根据四步相移以及物体的旋转角度生成的，其生成公式如下：
[0010][0011]其中P(x,y；f,θ)为预设同步旋转编码图案，A为平均光强，B为对比度，x，y为目标物体的坐标，f为预设同步旋转编码图案的傅里叶频率；θ为目标物体的旋转角度，表示当物体旋转一个θ的角度时，对应于该角度的预设同步旋转编码图案会投射到物体表面；f
x
＝fsinθ，f
y
＝fcosθ，式中f
x
为f的横向分量频率、f
y
为f的纵向分量频率；四步相移值φ＝0，π/2，π，3π/2。
[0012]进一步的，所述将这些同步旋转编码图案烧录进高速DMD内，具体包括第一步进行
光学实验系统设计并搭建，计算机分别连接着高速DMD，采集卡1以及采集卡2；采集卡1分别连接着步进电机、高速DMD和采集卡2；采集卡2连接着单像素探测器，用来采集光强信号；采集卡1只输出，采集卡2只输入；
[0013]第二步，将预先生成的同步旋转编码图案通过高速DMD连接的计算机烧录进高速DMD内。
[0014]进一步的，所述高速DMD将一个同步旋转编码图案投射到待测旋转物体表面中心位置具体包括，通过LabVIEW程序控制采集卡1先触发步进电机旋转，接着触发高速DMD投图，然后触发采集卡2采集来自单像素探测器的信号，三个步骤依此先后顺序循环进行；步进电机逆时针每旋转一度时，高速DMD投射一张同步旋转编码图案到待测旋转物体表面中心位置，然后采集卡2采集来自单像素探测器采集的此时待测旋转物体反射的光强信号。
[0015]进一步的，所述采集旋转物体表面反射的光强信号，直到同步旋转编码图案投完结束，具体包括，
[0016]采集反射的光强信号，待测旋转物体每逆时针旋转一度，采集卡2采集此时同步旋转编码图案经待测物体表面漫反射的光强信号，通过单像素探测器采集；由单像素探测器采集到的光强信号转化为电压值，进而来确定待测旋转物体的傅里叶频谱信息；
[0017]反射光强信号的电压值由下列计算公式确定：
[0018]D
i
＝D
n
+α
·
R
i
[0019]其中，D
i
为采集到的光强信号转化的电压值，D
n
为参杂的环境光强转化的电压值，α为光电信号转化为电压值的系数，i＝1，2，3，4。
[0020]进一步的，所述重建出旋转物体的图像具体包括，
[0021]采集到的光强信号电压值实验数据导入到计算机中，通过图像恢复程序进行处理；
[0022]第一步，确定待测旋转物体的傅里叶频谱信息，根据采集到的实验数据可知：
[0023]C(f,θ)＝P
×
I＝[D1‑
D3]+j
·
[D2‑
D4][0024]其中，C为待测旋转物体的傅里叶频谱，I为待测旋转物体，j为虚数单位；
[0025]第二步，根据已确定的待测旋转物体的傅里叶频谱信息来重建出旋转物体的图像的计算公式如下：
[0026]I(x,y)＝F
‑1{C(f,θ)}
[0027]其中，I(x,y)为重建的旋转物体的图像，F
‑1为二维逆傅里叶变换。
[0028]再一方面，本专利技术还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。
[0029]由上述技术方案可知，本专利技术的对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，可解决了现有傅里叶单像素成像技术不能对旋转物体成像问题，通过同步旋转编码方式，使旋转场景的周期与每种照明模式的曝光时间相匹配，对低速旋转的物体可以完成成像，即使高速旋转的物体也可以对其完成成像。
[0030]综上所述，本专利技术的对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，现有的傅里叶单像素成像技术由于空间光调制器速度的限制以及需要大量编码图案才能够恢复物体，导致恢复一幅图像需要的时间过长，不能对旋转物体进行成像，本专利技术在结合傅里叶单像素成像的基础上，利用同步旋转编码，解决了物体旋转周期与每种照明模式的曝光时间
不匹配问题，实现了对高速旋转物体的成像。
[0031]本专利技术利用四步相移傅里叶单像素成像技术，根据物体旋转角度和编码图案的之间关系，设计出适合旋转物体成像的同步旋转编码图案。
[0032]本专利技术不需要通过校准方案来提高图像重建的质量，通过同步旋转编码即可解决旋转物体的重建图像质量差的问题。本专利技术新颖的提出旋转物体逆时针旋转一度时，投射一个同步旋转编码图案，再进行反射光强信号采集，三个步骤依此先后顺序循环进行。
[0033]本专利技术中实验表明，同步旋转编码单像素成像方法可以恢复高达422.0rpm的旋转物体。从理论上讲，较高的旋转速度会导致较短的成像时间，因此与低速相比，可以获得更好的图像质量。与传统的SPI方法相比，这是本专利技术方法的一个显著优势，因为它们通常非常容易受到物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，其特征在于，包括以下步骤，首先通过程序预先生成设好顺序的一系列同步旋转编码图案；然后将这些同步旋转编码图案烧录进高速DMD内；接着旋转物体逆时针每旋转一度时，高速DMD将一个同步旋转编码图案投射到待测旋转物体表面中心位置，确保此图案经待测旋转物体表面反射的调制信号含有待测旋转物体表面信息；紧接着采集旋转物体表面反射的光强信号，直到同步旋转编码图案投完结束；最后对采集到的全部光强信号值输入到计算机中，通过图像恢复程序进行处理，重建出旋转物体的图像。2.根据权利要求1所述的对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，其特征在于：所述通过程序预先生成设好顺序的一系列同步旋转编码图案，具体包括通过程序生成设好顺序的一系列同步旋转编码图案，同步旋转编码图案是根据四步相移以及物体的旋转角度生成的，其生成公式如下：其中P(x,y；f,θ)为预设同步旋转编码图案，A为平均光强，B为对比度，x，y为目标物体的坐标，f为预设同步旋转编码图案的傅里叶频率；θ为目标物体的旋转角度，表示当物体旋转一个θ的角度时，对应于该角度的预设同步旋转编码图案会投射到物体表面；f
x
＝fsinθ，f
y
＝fcosθ，式中f
x
为f的横向分量频率、f
y
为f的纵向分量频率；四步相移值φ＝0，π/2，π，3π/2。3.根据权利要求2所述的对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，其特征在于：傅里叶单像素技术根据生成一系列编码图案P(x,y)，生成顺序由每张编码图案固定的f
x
和f
y
决定；编码图案上的条纹朝向与竖直位置夹角为θ，逆时针旋转θ到条纹竖直朝向；待测的旋转物体逆时针旋转θ，保证旋转后的编码图案经其表面反射的调制信息不变；P(x,y)逆时针旋转θ，得到0
°
至180
°
或0
°
至359
°
旋转度数内每一度下的旋转后的编码图案，没有编码图案的度数，用黑色编码图案补齐；各旋转度数下得到的编码图案数量不一，从0
°
起每一度取出一张编码图案即0
°
至359
°
依次循环取出，直到某旋转度数下的编码图案取尽为止；取出的旋转后的一系列编码图案，采用双线性插值方法进行内切处理，以更好地适应待测物体的旋转运动。4.根据权利要求1所述的对高速旋转物体的同步旋转编码单像素成像方法，其特征在于：所述将这些同步旋转编码图案烧录进高速DMD内，具体包括第一步进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：马孟超，王晨，贾亦祺，邓华夏，钟翔，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：