本申请涉及一种基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法、装置及设备。所述方法包括：设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列。根据二维强度分布矩阵序列对激光进行强度调制，输出第一激光，采用第一激光照射目标图像，生成目标图像的回波信号序列。通过几何矩光场确定目标图像的质心，根据质心获取目标图像的不变因子。利用不变因子对目标图像进行分类，得到目标图像特征，根据目标图像特征、二维强度分布矩阵序列以及回波信号序列进行单像素成像，得到目标图像。采用本方法能够在重构图像前提取不变因子对目标图像进行分类，提升了单像素成像系统在欠采样条件下的目标识别效率和成像速度，并提高了成像的精度和准确性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法、装置及设备
[0001]本申请涉及激光探测成像
，特别是涉及一种基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法、装置及设备。
技术介绍
[0002]在传统光学成像技术中，获取物体信息采用的是以硅为光敏材料的阵列探测器（CCD或CMOS等），由于硅的光谱响应范围主要在可见光波段，因此成像时响应光波段较窄。此外，采用阵列探测器成像时的成像质量受探测器接收到的光子数影响，因此对暗弱目标清晰成像能力较弱。为了解决传统成像面临的问题，单像素成像技术得以迅速发展。单像素成像技术的一般原则是利用空间光调制器产生结构化光场，并通过透镜系统将结构化光场投影到物体上，最终由单像素探测器测量经过物体反射或透射后的光强。计算机根据结构光场的强度分布和单像素探测器接收的光强，采用特殊的重构算法即可重构出物体图像。近年研究发现，照明结构光场的强度分布最好是一组正交基，这样照明过程可以与某种空间变换等效，而图像重构就等效于这种空间变换的逆变换。这种基于正交光场的单像素成像技术往往能够得到极佳的成像质量。Hadamard光场、傅里叶光场等都属于这种正交光场。
[0003]由于单像素成像技术具有光束指向性好、暗弱目标成像能力强等优势，其在激光雷达探测等领域具有极高的应用价值，但受限于其成像原理，单像素成像技术也面临一些亟待解决的问题，单像素成像技术重构图像需要大量的结构光场照明物体，虽然当前学界已开发出Ghz以上光场调制频率和采样频率的单像素成像器件，但对于实时性要求很高的应用场景，在欠采样条件下很难实现高质量、高精度的图像重构。
技术实现思路
[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够在极端欠采样条件下，实现实时高质量的图像重构的基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法、装置及设备。
[0005]一种基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法，所述方法包括：设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列。
[0006]根据二维强度分布矩阵序列对激光进行强度调制，输出第一激光，采用第一激光照射目标图像，生成目标图像的回波信号序列。
[0007]通过几何矩光场确定目标图像的质心，根据质心获取目标图像的不变因子。
[0008]利用不变因子对目标图像进行分类，得到目标图像特征，根据目标图像特征、二维强度分布矩阵序列以及回波信号序列进行单像素成像，得到目标图像。
[0009]在其中一个实施例中，还包括：根据二维径向切比雪夫图像矩设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列：；
；其中，为径向切比雪夫光场的实数部分强度分布矩阵，为径向切比雪夫光场的虚数部分强度分布矩阵，为径向切比雪夫多项式，n为径向切比雪夫光场的圆周最大采样率数，m为以r为半径的圆周上的像素数，p为二维径向切比雪夫光场的阶数，q为二维径向切比雪夫光场的重复度，k为圆周采样间隔。
[0010]在其中一个实施例中，还包括：根据二维强度分布矩阵序列通过空间光调制器对激光进行强度调制，输出第一激光，将第一激光照射至目标图像，利用单像素探测器接收目标图像的回波信号，生成回波信号序列。
[0011]在其中一个实施例中，还包括：通过几何矩光场确定目标图像的质心，根据质心所在位置调整第一激光的光斑位置，确定单像素探测器接收的回波信号的强度，根据回波信号的强度获取目标图像的不变因子。
[0012]在其中一个实施例中，不变因子包括：旋转不变因子与尺度不变因子，还包括：根据回波信号的强度获取目标图像的旋转不变因子：；其中，为目标图像的旋转不变因子，为采用照明时单像素探测器接收的回波信号的强度，为采用照明时单像素探测器接收的回波信号的强度，为径向切比雪夫光场的实数部分强度分布矩阵，为径向切比雪夫光场的虚数部分强度分布矩阵，p为二维径向切比雪夫光场的阶数，q为二维径向切比雪夫光场的重复度，为径向切比雪夫光场的等效的回波信号的强度。
[0013]以及，根据回波信号的强度获取目标图像的尺度不变因子：；其中，为目标图像的尺度不变因子，为径向切比雪夫光场的等效的回波信号的强度，为阶数为0、圆周重复度为0的径向切比雪夫光场照明的等效的回波信号的强度。
[0014]在其中一个实施例中，还包括：利用不变因子对目标图像的二维径向切比雪夫图像矩进行分类处理，将二维径向切比雪夫图像矩的阶数由低到高进行排序，得到目标图像特征，根据目标图像特征、二维强度分布矩阵序列以及回波信号序列采用单像素成像技术计算得到目标图像：；其中，为重构的目标图像，为采用照明时单像素探测器接收的回波信号的强度，为采用照明时单像素探测器接收的回波信号的强度，为径向切
比雪夫光场的实数部分强度分布矩阵，为径向切比雪夫光场的虚数部分强度分布矩阵，n为径向切比雪夫光场中参与目标图像成像的光场数量，为虚部符号。
[0015]一种基于径向切比雪夫光场的单像素成像装置，所述装置包括：强度矩阵序列获取模块，用于设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列。
[0016]回波信号序列生成模块，用于根据二维强度分布矩阵序列对激光进行强度调制，输出第一激光，采用第一激光照射目标图像，生成目标图像的回波信号序列。
[0017]不变因子获取模块，用于通过几何矩光场确定目标图像的质心，根据质心获取目标图像的不变因子。
[0018]重构图像模块，用于利用不变因子对目标图像进行分类，得到目标图像特征，根据目标图像特征、二维强度分布矩阵序列以及回波信号序列进行单像素成像，得到目标图像。
[0019]在其中一个实施例中，回波信号序列生成模块，还用于根据二维强度分布矩阵序列通过空间光调制器对激光进行强度调制，输出第一激光，将第一激光照射至目标图像，利用单像素探测器接收目标图像的回波信号，生成回波信号序列。
[0020]在其中一个实施例中，不变因子获取模块，还用于通过几何矩光场确定目标图像的质心，根据质心所在位置调整第一激光的光斑位置，确定单像素探测器接收的回波信号的强度，根据回波信号的强度获取目标图像的不变因子。
[0021]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列。
[0022]根据二维强度分布矩阵序列对激光进行强度调制，输出第一激光，采用第一激光照射目标图像，生成目标图像的回波信号序列。
[0023]通过几何矩光场确定目标图像的质心，根据质心获取目标图像的不变因子。
[0024]利用不变因子对目标图像进行分类，得到目标图像特征，根据目标图像特征、二维强度分布矩阵序列以及回波信号序列进行单像素成像，得到目标图像。
[0025]上述基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法、装置及设备，设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列，该序列可以描述径向切比雪夫结构光场在空间中的分布特征，通过强度调制可以对激光进行控制，发射第一激光使其照射到目标图像上，获得回波信号序列，由此实现激光束本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于径向切比雪夫光场的单像素成像方法，其特征在于，所述方法包括：设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列；根据所述二维强度分布矩阵序列对激光进行强度调制，输出第一激光，采用所述第一激光照射目标图像，生成所述目标图像的回波信号序列；通过几何矩光场确定所述目标图像的质心，根据所述质心获取所述目标图像的不变因子；利用所述不变因子对所述目标图像进行分类，得到目标图像特征，根据所述目标图像特征、所述二维强度分布矩阵序列以及所述回波信号序列进行单像素成像，得到所述目标图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列，包括：根据二维径向切比雪夫图像矩设计径向切比雪夫光场，得到二维强度分布矩阵序列：；；其中，为所述径向切比雪夫光场的实数部分强度分布矩阵，为所述径向切比雪夫光场的虚数部分强度分布矩阵，为径向切比雪夫多项式，n为所述径向切比雪夫光场的圆周最大采样率数， m为以r为半径的圆周上的像素数，p为二维径向切比雪夫光场的阶数，q为所述二维径向切比雪夫光场的重复度， k为圆周采样间隔。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述二维强度分布矩阵序列对激光进行强度调制，输出第一激光，采用所述第一激光照射目标图像，生成所述目标图像的回波信号序列，包括：根据所述二维强度分布矩阵序列通过空间光调制器对激光进行强度调制，输出第一激光，将所述第一激光照射至所述目标图像，利用单像素探测器接收所述目标图像的回波信号，生成回波信号序列。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过几何矩光场确定所述目标图像的质心，根据所述质心获取所述目标图像的不变因子，包括：通过几何矩光场确定所述目标图像的质心，根据所述质心所在位置调整所述第一激光的光斑位置，确定所述单像素探测器接收的回波信号的强度，根据所述回波信号的强度获取所述目标图像的不变因子。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述不变因子包括：旋转不变因子与尺度不变因子；根据所述回波信号的强度获取所述目标图像的不变因子，包括：根据所述回波信号的强度获取所述目标图像的旋转不变因子：；
其中，为所述目标图像的旋转不变因子，为采用照明时所述单像素探测器接收的所述回波信号的强度，为采用照明时所述单像素探测器接收的所述回波信号的强度，为所述径向切比雪夫光场的实数部分强度分布矩阵，为所述径向切比雪夫光场的虚数部分强度分布矩阵，p为所述二维径向切比雪夫光场的阶数，q为所述二维径向切比雪夫光场的重复度，为所述径向切比雪夫光场的等效的所述回波信号的强度；以及，根据所述回波信号的强度获...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彦，韩凯，孟琪，来文昌，雷国忠，崔文达，陈俊侣，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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