虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置及方法制造方法及图纸

一种虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，根据光源直接透射待成像目标还是光源照到待成像目标然后再反射到透镜，成像装置包括固体激光器、扩束镜、双凸透镜、待成像目标物的透明挡板、待成像目标的光滑非透明挡板，数字微镜器件DMD、聚光透镜、EOT光电倍增探测器、数据采样卡装置和信号处理设备；以及提供一种虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像方法，所述成像方法包括生成测量矩阵的方法和计算测量光强的探测方法。本发明专利技术能有效减少噪声和采样次数，提高重构图像质量。提高重构图像质量。提高重构图像质量。

【技术实现步骤摘要】
虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置及方法


[0001]本专利技术是属于计算成像领域，具体来说，本专利技术涉及一种压缩感知领域的幅度调制的单像素成像装置及方法，涉及到单像素成像领域中的双路探测的一种虚拟双光路的单像素成像，以及一种哈达玛测量矩阵行的“之”字形排序方法。

技术介绍

[0002]单像素成像是一种新兴的计算成像技术，相较于传统的相机需要阵列像素传感器来对待成像目标成像，则需要进行成千上万的像素数的采集，而单像素成像技术就能够克服传统的由电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)或半导体金属氧化物器件(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)所组成的相机的一些缺点，如设计结构复杂、价格昂贵、在不可见波段无法进行成像、弱光环境下成像效果差或者直接失去成像能力、抗散射介质干扰能力弱等缺点，单像素成像是一种主动光调制照明间接成像技术，能够实现硬件级的光学压缩，降低了测量数据所需要的存储空间同时在一定程度上减少了能量消耗，相较于传统的相机减少了内存开销。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，根据光源直接透射待成像目标还是光源照到待成像目标然后再反射到透镜，成像装置包括固体激光器、扩束镜、双凸透镜、待成像目标物的透明挡板、待成像目标的光滑非透明挡板，数字微镜器件DMD、聚光透镜、EOT光电倍增探测器、数据采样卡装置和信号处理设备；激光器连接电源后发出的激光经过扩束镜扩束之后照射到待成像目标物的透明挡板或者是光滑非透明挡板，之后携带待成像目标信息的光束经过双凸透镜，光束汇聚到数字微镜器件DMD中的调制区域，调制后的光反射到聚光透镜上汇聚到EOT光电倍增探测器的感光面上，光电倍增探测器将光信号转换为电信号，光电探测器与数据采样卡的输入端口经过同轴电缆导线连接传输电信号，数据采样卡经过A/D转换得到电信号的数字电压值，数据采样卡通过USB数据导线与信号处理设备连接传输测量数据。2.如权利要求1所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所选固体激光器为532nm的固体激光器。3.如权利要求1或2所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所述双凸透镜的其焦距f为12.5cm，将物距设置在一倍焦距和二倍焦距之间，能够在透镜的另一侧像距大于二倍焦距处形成倒立放大的实像。4.如权利要求1或2所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所述扩束镜能够将固体激光器光源发出的光束直径扩大，使入射光束能够完全覆盖到待成像目标图像上，经过透射或反射将携带待成像目标的光束经过双凸透镜打到DMD数字微镜器件表面上。5.如权利要求1或2所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所述数字微镜器件DMD作为空间光调制器，其能够使用FPGA来控制，易于编程调控，这样做能够提高单像素成像的效率，通过数字微镜的偏转，能够灵活的将入射光进行调制和反射到聚光透镜上，能够实现对硬件级的光学测量；通过改变加载到DMD中矩阵中元素，实现对DMD数字微镜偏转方向的控制，让DMD的微镜偏转方向按照设计的方向偏转来实现虚拟双光路。6.如权利要求1或2所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所述EOT光电倍增探测器能够在532nm波段的光实现很好的转换增益。7.如权利要求1或2所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所述数据采集卡采用NI公司的USB
‑
6366型号的采样卡，该采样卡能够同步实现多路信号的采集，且采样精度较高，可以达到16位精度。8.如权利要求1或2所述的虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置，其特征在于，所述信号处理设备选用便携式笔记本电脑，能够方便进行目标物体图像的重构。9.一种如权利要求1所述虚拟双光路的哈达玛行排序压缩感知单像素成像装置实现的成像方法，其特征在于，所述成像方法包括生成测量矩阵的方法和计算测量光强的探测方法，所述生成测量矩阵的方法旨在对自然序列的哈达玛矩阵的行进行排序，提高哈达玛测量矩阵的性能，能够克服自然序列的哈达玛矩阵对重构图像带来的伪影效应，所述图像重构算法采用凸优化类图像重构算法GPSR方法即梯度投影稀疏重构算法。10.如权利要求9所述的成像方法，其特征在于，所述单像素成像方法包括以下步骤：步骤S1：首先根据本发明提出的单像素成像系统，确定好成像装置的各个组件摆放的
位置以及相互之间的距离，确定成像目标图像的大小尺寸，根据目标图像的大小来确定测量矩阵的大小；设单像素成像的待成像目标图像为I
n
×
n
，即单像素成像的待成像目标图像的像素分辨率大小为n
×
n，将图像像素矩阵表示为列向量形式x1×
N
，其中N＝n
×
n，确定单像素成像的采样率α，因此就确定了测量值的数量为M＝α
·
N，故测量矩阵的大小就确定了，设测量矩阵Φ
M
×
N
，矩阵大小为M
×
N；步骤S2：由步骤S1确定的测量矩阵的大小为M
×
N，即给出了测量矩阵的行数和列数，其中M＜＜N，为了使测量矩阵中的行和列是不相关的，先产生一个大小N
×
N的元素全为0矩阵O
N
×
N
，则矩阵O
N
×
N
类似一个盒子，后续根据要求生成的每一行依次替换到O
N
×
N
中，从得到的矩阵O
N
×
N
中选择第1～M行来构成测量矩阵Φ
M
×
N
；由于哈达玛矩阵中的元素只有
‑
1和1，哈达玛矩阵中的任意两行或者两列都是正交的，但自然序列的哈达玛矩阵重构出的图像结果显示有伪影效应且抗噪声鲁棒性较差，因此需要对哈达玛矩阵中的行进行重新排序，形成一个新的行序列的哈达玛矩阵；这里生成的新排序的哈达玛矩阵的方法是利用类比满二叉树的方法来依次生成N个大小为n
×
n的小方块矩阵H
i(i＝1,2,
…
,N)
，该小方块矩阵中的元素与哈达玛矩阵中的元素一样都是由1和
‑
1组成的，将小方块矩阵H
i(i＝1,2,
…
,N)
变为行向量即与大小为N
×
N自然序列的哈达玛矩阵中的某一行是对应的，元素的排列顺序是相同的，这里直接给利用类满二叉树的方法生成的N个小方块矩阵H
i(i＝1,2,
…
,N)
进行编号，编号设为p
i(i＝1,2,
…
,N)
＝i，即p
i(i＝1,2,
…
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阔，覃亚丽，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：