大视场高速单光子探测关联成像系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种大视场高速单光子探测关联成像方法及系统，包括：步骤S1：光脉冲通过数字微镜设备生成调制图像；步骤S2：调制图像通过分区单像素成像设备获取目标的分区关联成像信号；步骤S3：将获取的目标分区关联成像信号进行分区处理，利用调制图像和对应各区域关联成像信号对各区域进行成像得到各区域图像信息；步骤S4：将各区域图像信息进行合成形成完整的大视场图像。该方法将目标视场拆分为大量较小的子视场。由于单像素成像在同等成像质量下，所需成像次数与目标像素数成正比，故将目标视场进行拆分可大幅度减少成像次数，从而减少成像所需时间；也可在成像时间不变的条件下增加成像次数，提高成像质量。提高成像质量。提高成像质量。

【技术实现步骤摘要】
大视场高速单光子探测关联成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及成像设备
，具体地，涉及大视场高速单光子探测关联成像系统及方法。

技术介绍

[0002]大视场高速单光子探测关联成像系统在现实生活中有重要的应用，在诸如远程观测、国防侦察等等各个领域都有着重要的应用。
[0003]传统成像设备获取一张高质量图片一般需要一个较大的探测器阵列，例如数码相机一般包含数万至数十万像素，而现今的注重摄影的手机等设备可达到千万像素级别。然而，数量巨大的探测器阵列在实际使用中会产生许多问题。在许多波段，尤其是非可见光波段，硅光设备的光电效率低下，无法有效探测光强信号，而在这些波段探测效率更高的探测器成本远高于硅光设备，在同等探测精度需求下，非可见光探测器成本可达到硅光设备的数百倍，因此减少同等成像效果所需的探测器数量有较强的现实意义；同时，探测器数量的增加会分散图像的能量，平均到每像素来说，一个高质量的阵列探测器平均每像素需捕获105光子数。但在一些应用场景下，光子数值很难达到这个要求。尤其在极弱光和曝光时间有限的情形下，有效光子数甚至只能达到每像素几个光子，因此，减少探测器数量，使能量更集中与探测器从而减少误差是提高弱光条件下的成像效果的有效方式。本申请关注的正是减少探测器数量的成像方式。
[0004]单像素成像，或关联成像，是一类只使用单个探测器进行成像的方法。使用经调制的光场对目标进行照明，并接收照明经物体并聚焦的光照强度，结合调制信息进行成像。利用线性代数知识，该成像过程可以对图像达到完全无损的成像；也可通过减少调制和探测次数，在少量牺牲成像质量的条件下大幅提高成像速率。
[0005]数字微镜设备(DMD)是一种二维阵列光学设备，它的每个像素相当于一个独立的可控制反射镜。由于可控制每个像素是否反射照明光至下一个光学器件，其被广泛用于空间光调制。特别的，这种调制只能控制单个像素照明为0或1，并不是能进行灰度调制，因此在调制策略上，限制了调制矩阵必须是二元的。
[0006]传统关联成像方案已经发挥出了一些优势，尤其在弱光条件下成像方面。传统关联成像注重于减少调制次数和提高调制设备的调制速率，无法真正在大视场需求下进行高效关联成像，因而不足以进入实用。因此，本领域的技术人员致力于开发一种能对大视场范围进行高速单光子探测关联成像的方法，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种大视场高速单光子探测关联成像方法及系统。
[0008]根据本专利技术提供的一种大视场高速单光子探测关联成像方法，包括：
[0009]步骤S1：光脉冲通过数字微镜设备生成调制图像；
[0010]步骤S2：调制图像通过分区单像素成像设备获取目标的分区关联成像信号；
[0011]步骤S3：将获取的目标分区关联成像信号进行分区处理，利用调制图像和对应各区域关联成像信号对各区域进行成像得到各区域图像信息；
[0012]步骤S4：将各区域图像信息进行合成形成完整的大视场图像。
[0013]优选地，所述步骤S1采用：光源依次通过光纤耦合器、光纤密排生成光脉冲；光脉冲通过所述数字微镜设备获得调制图像。
[0014]优选地，所述步骤S2采用：调制图像结合成像目标依次通过透镜和探测器获得目标的分区关联成像信号；
[0015]I
k,t
＝ΣM
t
(x,y)X
k
(x,y)
[0016]其中，X
k
(x,y)表示第k个分区的原图；M
t
(x,y)表示第t个调制图像；I
k,t
表示第k个区域的第t个关联成像信号。
[0017]优选地，所述步骤S3采用：
[0018]所述各区域图像信息采用：
[0019]Y
k
＝ΣI
k,t
M
t
(x,y)
[0020]其中，Y
k
表示第k个区域的图像信息；I
k,t
表示第k个区域的第t个关联成像信号；M
t
(x,y)表示第t个调制图像。
[0021]优选地，所述步骤S4采用：通过各分区图像Y
k
进行图像拼接形成完整的大视场图像。
[0022]根据本专利技术提供的一种大视场高速单光子探测关联成像系统，包括：
[0023]模块M1：光脉冲通过数字微镜设备生成调制图像；
[0024]模块M2：调制图像通过分区单像素成像设备获取目标的分区关联成像信号；
[0025]模块M3：将获取的目标分区关联成像信号进行分区处理，利用调制图像和对应各区域关联成像信号对各区域进行成像得到各区域图像信息；
[0026]模块M4：将各区域图像信息进行合成形成完整的大视场图像。
[0027]优选地，所述模块M1采用：光源依次通过光纤耦合器、光纤密排生成光脉冲；光脉冲通过所述数字微镜设备获得调制图像。
[0028]优选地，所述模块M2采用：调制图像结合成像目标依次通过透镜和探测器获得目标的分区关联成像信号；
[0029]I
k,t
＝ΣM
t
(x,y)X
k
(x,y)
[0030]其中，X
k
(x,y)表示第k个分区的原图；M
t
(x,y)表示第t个调制图像；I
k,t
表示第k个区域的第t个关联成像信号。
[0031]优选地，所述模块M3采用：
[0032]所述各区域图像信息采用：
[0033]Y
k
＝ΣI
k,t
M
t
(x,y)
[0034]其中，Y
k
表示第k个区域的图像信息；I
k,t
表示第k个区域的第t个关联成像信号；M
t
(x，y)表示第t个调制图像。
[0035]优选地，所述模块M4采用：通过各分区图像Y
k
进行图像拼接形成完整的大视场图像。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0037]1、本专利技术使用单个探测器取代探测器阵列进行成像，大幅降低成像设备成本，并降低成像设备灵敏度需求；
[0038]2、本专利技术使用分区成像方法，减少所需探测次数，大幅提高探测速率；
[0039]3、本专利技术使用小波排序的哈达玛矩阵作为调制模板，减少削减调制次数时的图像信息损失。
[0040]4、本专利技术将目标视场拆分为大量较小的子视场，由于单像素成像在同等成像质量下，所需成像次数与目标像素数成正比，故将目标视场进行拆分可大幅度减少成像次数，从而减少成像所需时间；也可在成像时间不变的条件下增加成像次数，提高成像质量。
附图说明
[0041]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大视场高速单光子探测关联成像方法，其特征在于，包括：步骤S1：光脉冲通过数字微镜设备生成调制图像；步骤S2：调制图像通过分区单像素成像设备获取目标的分区关联成像信号；步骤S3：将获取的目标分区关联成像信号进行分区处理，利用调制图像和对应各区域关联成像信号对各区域进行成像得到各区域图像信息；步骤S4：将各区域图像信息进行合成形成完整的大视场图像。2.根据权利要求1所述的大视场高速单光子探测关联成像方法，其特征在于，所述步骤S1采用：光源依次通过光纤耦合器、光纤密排生成光脉冲；光脉冲通过所述数字微镜设备获得调制图像。3.根据权利要求1所述的大视场高速单光子探测关联成像方法，其特征在于，所述步骤S2采用：调制图像结合成像目标依次通过透镜和探测器获得目标的分区关联成像信号；I
k,t
＝ΣM
t
(x,y)X
k
(x,y)其中，X
k
(x,y)表示第k个分区的原图；M
t
(x,y)表示第t个调制图像；I
k,t
表示第k个区域的第t个关联成像信号。4.根据权利要求1所述的大视场高速单光子探测关联成像方法，其特征在于，所述步骤S3采用：所述各区域图像信息采用：Y
k
＝ΣI
k,t
M
t
(x,y)其中，Y
k
表示第k个区域的图像信息；I
k,t
表示第k个区域的第t个关联成像信号；M
t
(x,y)表示第t个调制图像。5.根据权利要求1所述的大视场高速单光子探测关联成像方法，其特征在于，所述步骤S4采用：通过各分区图像Y
k
进行图像拼接形成完整的大视场图像。6.一种大视场...

【专利技术属性】
技术研发人员：石剑虹，覃文韬，曾贵华，刘敦伟，王英雷，
申请(专利权)人：中国长峰机电技术研究设计院，
类型：发明
国别省市：