【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学成像，尤其是涉及一种自适应调整掩膜的单像素成像系统及方法。
技术介绍
1、单像素成像系统是一种成像的光学仪器系统，通过将计算机、压缩感知与传统的像素探测器结合，实现图像的高效采集和重建。该系统适用于医学成像、遥感探测等多个领域，具备高分辨率、低光条件下高灵敏度的特点，广泛应用于提升图像质量和数据传输效率。
2、单像素成像系统中的掩膜大小和位置固定是一个重要的缺点，在实际实验环节，往往掩膜与理想掩膜大小不匹配，而且掩膜的形成与物体的相关性限制了其在不同场景和图像特征下的表现。这种固定配置导致图像重建失真、信息损失，并增加了采集冗余数据的问题，降低了系统效率。
3、为了克服这些缺点，需要研发自动调节掩膜大小和位置的单像素成像系统方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种自适应调整掩膜的单像素成像系统及方法，该系统能根据实时图像特征和环境条件，动态调整掩膜配置，生成更具有适应性的优化掩膜，并通过进行深度学习算法重建图像从而保证成像系统运行的高精度和可靠性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，包括光学发射模块、光学探测模块和数据处理模块，所述光学发射模块包括依次设置在光路上的半导体激光器、扩束系统、空间光调试器、待成像物体、分光器bs和光阑，所述光学探测模块包括单像素探测器和ccd相机，所述数据处理模块包括数字采集卡和计算机。
3、优选的，所述光学发射模块中，空间光调试器对半导
4、优选的，所述光学探测模块中，经待成像物体反射后的光束经过两个透镜的透射后通过光阑截取中间均匀的照明光场，ccd相机接收经过所述分光器bs的调制光束，以获取物体与超高速数字微镜空间光调制器的相对位置关系；所述光学探测模块中还包括聚焦透镜。
5、优选的，所述数据处理模块中，单像素探测器获取调制后目标光场的信息并通过数字采集卡传输至计算机内进行程序处理，生成待成像物体的图像；单像素探测器包括光电二极管探测器、雪崩光电二极管探测器或者单光子探测器，用于接收调制光束获取目标光场的信息；数字采集卡用于将单像素探测器的电信号转化为数字信号，计算机用于将数字信号通过深度学习算法生成目标图像。
6、一种自适应调整掩膜的单像素成像方法，包括以下步骤：
7、s1、设定一个边界符合超高速数字微镜空间光调制器所支持的最大像素量的掩膜；
8、s2、对本位光斑图像进行坐标信息提取；
9、s3、对s2中得到的方形图像的相应坐标进行设定，将其限定在超高速数字微镜空间光调制其的最大像素边界值内；
10、s4、引入成像物体，获取变位光斑的具体坐标信息；
11、s5、根据本位光斑和添加物体后的光斑的相对坐标位置，利用图像处理技术计算出理论上掩膜应在超高速数字微镜空间光调制器的位置和大小；通过对不同光斑的位置关系进行精确分析，确定掩膜的最佳放置位置和合适尺寸；
12、s6、将调整后的掩膜再次应用到图像上，得到新的处理后的图像，对图像处理结果的特征指标进行评估，判断当前掩膜是否合适，若不合适则进行适应型微调，通过贪婪算法探索最优的掩膜参数。
13、优选的，所述s2包括以下步骤：
14、s21、使用ccd相机采集圆形激光经过可调节4f系统照射到超高速数字微镜空间光调制器上掩膜的交界面处所卷积形成的本位光斑图像；
15、s22、使用ccd程序截面对本位光斑图像进行获取，然后使用matlab程序对本位光斑图像进行二值化处理，得到相应的二值图像；
16、s23、对本位光斑图像的二值图像进行方形阈值分割操作，得到具体的坐标信息。
17、优选的，所述s4包括以下步骤：
18、s41、将成像物体放置在超高速数字微镜空间光调制器上；
19、s42、对变位圆形光斑图像进行二值化处理，从原始图像中提取出感兴趣的光斑信息，得到相应的二值图像；
20、s43、对圆形光斑图像的二值图像进行阈值分割操作，利用ccd程序界面，获取变位圆形光斑的具体坐标信息。
21、优选的，所述阈值分割操作中，先对二值图像进行阈值分割，提取光斑边缘；对阈值分割得到的图像进行边缘阈值的适当调整，去除其无用噪声图像的边缘，得到有效边缘。
22、优选的，所述s6中，通过多次迭代直到特征指标在合适范围内或达到预定的收敛条件为止，获得最佳的掩膜参数配置，并将最终确定的掩膜应用到目标图像上，进行图像处理。
23、因此，本专利技术一种自适应调整掩膜的单像素成像系统及方法，具有以下
24、有益效果：
25、(1)提高图像质量：通过自适应调整掩膜大小，系统能够根据不同图像的特征和需求，优化掩膜的配置，从而获得更准确和高质量的图像成像结果。掩膜的自适应调整可以有效地去除噪声和干扰，增强图像对比度，使图像细节更加清晰，从而提高图像质量。
26、(2)适应不同场景：由于不同场景和目标物体的特征各异，传统固定大小的掩膜可能不足以满足多样化的成像需求。自适应调整掩膜系统可以根据不同场景自主优化掩膜大小和形状，适应各种成像情况，从而在不同场景下均能获得更好的图像表现。
27、(3)提高系统鲁棒性：自适应调整掩膜系统能够根据图像的实时反馈信息，及时更新掩膜参数，使系统对外界环境变化具有一定的适应能力。这种鲁棒性使得系统能够在复杂和变化的环境中依然保持较好的成像效果，增强了系统的可靠性和稳定性。
28、(4)优化成像速度：在实时成像应用中，自适应调整掩膜系统能够快速地对掩膜进行优化，不断调整和适应图像成像需求，从而实现更快的成像速度。这样的快速响应能力对于追踪移动目标、实时监测和控制等应用具有重要意义，为系统提供了更高的实时性和实用性。
29、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：所述光学发射模块中，空间光调试器对半导体激光器发出的光进行调制，所述空间光调制器为超高速数字微镜空间光调制器。
3.根据权利要求2所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：所述光学发射模块中，经待成像物体反射后的光束经过两个透镜的透射后通过光阑截取中间均匀的照明光场；所述光学探测模块中，CCD相机接收经过所述分光器BS的调制光束。
4.根据权利要求3所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：所述数据处理模块中，单像素探测器获取调制后目标光场的信息并通过数字采集卡传输至计算机内进行程序处理，生成待成像物体的图像。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的自适应调整掩膜的单像素成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像方法，其特征在于：所述S2包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像方法，其
8.根据权利要求7所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像方法，其特征在于：所述阈值分割操作中，先对二值图像进行阈值分割，提取光斑边缘；对阈值分割得到的图像进行边缘阈值的适当调整，去除其无用噪声图像的边缘，得到有效边缘。
9.根据权利要求8所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像方法，其特征在于：所述S6中，通过多次迭代直到特征指标在合适范围内或达到预定的收敛条件为止，获得最佳的掩膜参数配置，并将最终确定的掩膜应用到目标图像上，进行图像处理。
...【技术特征摘要】
1.一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：所述光学发射模块中，空间光调试器对半导体激光器发出的光进行调制，所述空间光调制器为超高速数字微镜空间光调制器。
3.根据权利要求2所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：所述光学发射模块中，经待成像物体反射后的光束经过两个透镜的透射后通过光阑截取中间均匀的照明光场；所述光学探测模块中，ccd相机接收经过所述分光器bs的调制光束。
4.根据权利要求3所述的一种自适应调整掩膜的单像素成像系统，其特征在于：所述数据处理模块中，单像素探测器获取调制后目标光场的信息并通过数字采集卡传输至计算机内进行程序处理，生成待成像物体的图像。
5.一种如权利要求1-4任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩峰，秦成兵，胡建勇，陈瑞云，张国峰，肖连团，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：
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