【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于以采用光学方法为特征的计量设备领域，涉及一种无编码cup-visar系统及数据重构方法。
技术介绍
1、压缩超快成像(compressed ultrafast photography,cup)是2014年华盛顿大学提出的将压缩感知技术与条纹相机超快成像能力结合形成的一种超快二维成像技术，实现了多帧超快二维图像的记录和重构。在2016年华盛顿大学改进了原有的cup系统，提出(side information,si)结构，形成了t-cup系统。该结构利用一个额外的积分相机作旁路采集信息，为条纹相机获得的2d信息做补充，将采样率提高了一倍，极大地提升了重构图像质量。为了测量高速冲击波，电子科技大学提出一种将成像型visar与cup相结合的cup-visar方法，可以实现冲击波二维速度场的高时间分辨率诊断，计算相应的速度场。
2、尽管si结构的方案和cup-visar方法都在一定程度上改善了重构图像的质量，但是由于cup系统本身存在以下问题：(1)瞬态过程的长期高时空分辨率观测导致条纹相机记录信息的混叠程度显著增加，导致信号分辨率降低；(2)考虑光源亮度、探测器灵敏度、光学系统分辨率等因素，通常采用相对于探测器像素较大的编码孔径，以获得较好的信噪比。这意味着编码孔径内的多个探测器像素共享相同的编码，从而导致混叠。主流的重构算法对于以上问题所引入的噪声起到的抑制效果有限，导致最终的重构图像质量较差，难以提取速度条纹分布中条纹相位的精细细节，这导致了冲击波速度计算中较大的误差。
技术实现
1、鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种无编码cup-visar系统及数据重构方法。直接用积分相机采集一系列二维图像帧，无需对数据进行编码，以此得到无编码的、在时间维度上叠加的二维采集数据，这样就避免了采用的编码码元尺寸大于相机像素尺寸而导致分辨率低的问题，使得采集数据具有较高的空间分辨率，求解的速度场的精度更高。同时也精简了实验装置，降低了成本。本专利技术通过积分相机将干涉仪产生的动态条纹在时间维度上积分，得到高空间分辨率的采样数据，作为第一保真项，同时结合从条纹相机采集的时间维度数据作为第二保真项，共同来构建数学模型；然后使用混合整数非线性规划方法或整数规划方法，重构出完整的三维动态条纹数据；最后结合条纹相机采集的数据，使用行锚定降噪方法，得到高质量的重构数据。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种无编码cup-visar系统，该系统包括激光器、第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第二反射镜、第三分束器、第四分束器、积分相机和条纹相机；
4、所述激光器发出的光经第一分束器到达靶面上照明靶面，被照明靶面的信息经第一分束器到达干涉仪上形成干涉条纹，经第四分束器被积分相机和条纹相机分别记录下来；经干涉仪出来的光经第四分束器分为两束光，到达积分相机上的数据是一系列二维图像帧的叠加，到达条纹相机上的是时间维度数据，并无数据的叠加；将分光比设为第一光路：第二光路＝1：n，n≥1，第一光路由积分相机接收，第二光路由条纹相机接收；
5、所述积分相机将接收到的一系列二维图像在时间维度上进行叠加，得到空间混叠的二维信号；条纹相机通过扫描，得到一个二维的时间维度数据，从中提取出条纹的周期，根据周期构建单周期离散全相位集合；然后根据积分相机上采集到的数据与条纹相机采集到的数据以及单周期离散全相位集合，重构一个按时间序列排布的三维数据；最后结合条纹相机采集的数据，使用行锚定降噪方法，得到重构数据。
6、基于所述系统的数据重构方法，该方法包括以下步骤：
7、s1：被照明靶面的信息通过干涉仪形成条纹，被积分相机记录下来，得到压缩的数据y，其中是经过压缩后记录于积分相机上的二维图像，zi是一系列二维图像帧，f是图像的帧数；
8、s2：条纹相机上采集到二维的visar图y′，表征s1中数据y的第a行处条纹的移动速度；从中提取到条纹的周期t，构建单周期离散全相位集合ω；
9、s3：重构过程是单独求解y的每一行，按如下方式提取出y中的每一行数据：
10、
11、其中for i＝1,2,…,m；
12、s4：将所有yi反演成二维数据；结合条纹相机记录数据y的第a行处的条纹信息，构建如下模型：
13、for i＝1to m do
14、if i＝a
15、
16、
17、θk∈{0,1}for k＝1,2,…,p
18、
19、xa＝m(θa,ω)
20、else
21、
22、
23、θk∈{0,1}for k＝1,2,…,p
24、
25、xi＝m(θi,ω)
26、end if
27、end for
28、其中m(θa,ω)表示选择操作，若θk为1，则选择ω的第k行数据，否则不选择；
29、利用混合整数非线性规划求解器来求解；
30、s5：将s4中求得的一系列xi按照s3中y拆分的方式整合成三维数据z即为三维重构数据；
31、s6：结合条纹相机采集的数据，使用行锚定降噪方法，得到重构数据。
32、可选的，所述s6具体为：求得的三维重构数据z，结合条纹相机采集的数据构建正则化模型对其进行行锚定降噪；正则化模型采用交替方向乘子法进行求解，包括以下步骤：
33、s61：条纹相机直接采集的是第a行的信息，将其作为正则项构建如下正则化模型：
34、
35、其中d(v,a)表示差分操作，具体为，固定va,j，在竖直方向上做向前差分，即
36、
37、其中h为给定的离散间隔；
38、s62：得到拉格朗日函数：
39、
40、s63：分解为以下一系列子问题来求解：
41、
42、
43、u(k+1)＝u(k)+ρ(q(k+1)-v(k+1))
44、s64：令对子问题进行放缩，得到求解目标q的表达式为：
45、
46、当条纹数据的相位最大变化量不超过一个周期时，可以将以上数学模型化简为一个整数规划问题，实现快速求解。数学模型如下：
47、for i＝1to m do
48、
49、s.t.ωtθ＝yit
50、θk∈{0,1}for k＝1,2,…,p
51、
52、xi＝m(θi,ω)
53、end for
54、其中m(θi,ω)表示选择操作，具体为，如果θk为1，则选择ω的第k行数据，否则不选择。该模型可以使用整数规划求解器实现快速求解。
55、本专利技术的有益效果在于：通过无编码的方式采集数据，避免了编码采集本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无编码CUP-VISAR系统，其特征在于：该系统包括激光器、第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第二反射镜、第三分束器、第四分束器、积分相机和条纹相机；
2.基于权利要求1所述系统的数据重构方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的数据重构方法，其特征在于：所述S6具体为：求得的三维重构数据Z，结合条纹相机采集的数据构建正则化模型对其进行行锚定降噪；正则化模型采用交替方向乘子法进行求解，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种无编码cup-visar系统，其特征在于：该系统包括激光器、第一分束器、第二分束器、第一反射镜、第二反射镜、第三分束器、第四分束器、积分相机和条纹相机；
2.基于权利要求1所述系统的数据重构方法，其特征在于：该...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玺，郭兆辉，黎淼，张磊，赵雪吟，张红升，刘挺，王峰，理玉龙，关赞洋，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。