[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)采樣的單像素成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010715801.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN111968032B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東;徐燦文;翟愛平;趙文靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發(fā)明屬于單像素成像技術(shù)領(lǐng)域；目前壓縮成像的方法需要對(duì)已知的目標(biāo)場(chǎng)景多次嘗試不同的采樣率進(jìn)行成像后，選取合適的采樣率，更換場(chǎng)景后采樣率不一定仍是最合適的，無法兼顧成像質(zhì)量和效率；本發(fā)明提供一種自適應(yīng)采樣的單像素成像方法，對(duì)不同的目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行自適應(yīng)采樣的單像素成像，在具有能量集中和稀疏性的變換域，實(shí)時(shí)檢測(cè)成像時(shí)變換域上每條頻帶的離散程度以及離散程度變化的趨勢(shì)，根據(jù)變化趨勢(shì)確定是否停止采樣，減少測(cè)量數(shù)和內(nèi)存的占用量，自適應(yīng)性更強(qiáng)，達(dá)到同時(shí)兼顧成像時(shí)間和成像質(zhì)量的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及單像素成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種自適應(yīng)采樣的單像素成像方法。

背景技術(shù)

單像素成像利用了一系列隨著時(shí)間改變的空間光對(duì)物體進(jìn)行編碼，通過用無空間分辨率的探測(cè)器將物體的一系列編碼的時(shí)變信息轉(zhuǎn)換成空間信息的成像技術(shù)。單像素成像技術(shù)是由早先的鬼成像技術(shù)逐漸發(fā)展而來，經(jīng)歷了從最初的量子鬼成像到熱光鬼成像再到計(jì)算鬼成像。由于其具有深度分辨能力，衍射成像的能力，一定的抗噪性，可在低光條件成像，并且制作成本并不高昂等一系列優(yōu)點(diǎn)，信號(hào)采集系統(tǒng)逐步由多個(gè)探測(cè)器相結(jié)合成像，發(fā)展為僅使用一個(gè)單像素探測(cè)器成像。由于單像素成像在對(duì)物體編碼階段需要用到大量時(shí)變的空間光，因此該系統(tǒng)存在成像時(shí)間和成像質(zhì)量上的限制。隨著后來研究人員提出的歸一化鬼成像和差分鬼成像，成像的質(zhì)量得到了顯著的提高。另一方面，隨著壓縮感知的發(fā)展，研究人員將其與單像素成像相結(jié)合，大幅度地減少了信號(hào)的采集時(shí)間。但是由于壓縮感知的計(jì)算復(fù)雜度較高，因此不可避免地存在圖像重建時(shí)間長(zhǎng)的問題。針對(duì)這個(gè)問題有兩個(gè)解決方案，一個(gè)是凸優(yōu)化，另一個(gè)是貪婪算法，這些方法都在一定程度降低了壓縮成像的計(jì)算復(fù)雜性，提高了成像效率。目前這些壓縮成像的方法仍存在一定的缺點(diǎn)，即需要對(duì)一個(gè)已知的目標(biāo)場(chǎng)景多次嘗試不同的采樣率進(jìn)行成像，最終確定選取一個(gè)合適的采樣率，但是如果更換一個(gè)與之前相比復(fù)雜程度差距更大的場(chǎng)景，這個(gè)選定的采樣率不一定仍是一個(gè)最合適的，因此不能夠很好地在成像質(zhì)量和成像效率上取得一個(gè)權(quán)衡。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)采樣的單像素成像方法，該發(fā)明對(duì)不同的目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行自適應(yīng)采樣的單像素成像，根據(jù)變化趨勢(shì)確定是否停止采樣，達(dá)到同時(shí)兼顧成像時(shí)間和成像質(zhì)量的要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種自適應(yīng)采樣的單像素成像方法，在具有能量集中和稀疏性的變換域，實(shí)時(shí)檢測(cè)成像時(shí)變換域上每條頻帶的離散程度以及離散程度變化的趨勢(shì)，根據(jù)變化趨勢(shì)確定是否停止采樣，具體包括以下步驟：

步驟1.配置成像系統(tǒng)的初始成像分辨率參數(shù)M×N、開始擬合的頻帶數(shù)j₀，以及停止擬合和采樣時(shí)在前Δj個(gè)擬合頻帶的擬合曲線斜率k變化波動(dòng)的最大值k₀，從結(jié)構(gòu)照明基模式范圍內(nèi)任選其一作為對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景投影的結(jié)構(gòu)照明基模式；

步驟2.在步驟1所選的結(jié)構(gòu)照明基模式條件下，按系數(shù)矩陣D_M×N中的元素的順序，生成所選模式對(duì)應(yīng)的照明基矩陣P，從變換域能量最高點(diǎn)開始，逐步投影和采集至變換域能量低的位置，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景的投影照明基矩陣P進(jìn)行編碼，利用單像素探測(cè)器進(jìn)行同步采集攜帶物體信息的編碼信號(hào)；

步驟3.對(duì)步驟2中采集的信號(hào)按頻帶進(jìn)行分組，計(jì)算每一組頻帶的平均信號(hào)強(qiáng)度a_j和信號(hào)偏離a_j的離散程度v_j；

步驟4.將采集的信號(hào)所組成的頻帶數(shù)j與開始擬合的頻帶數(shù)j₀進(jìn)行比較，若頻帶數(shù)j≥j₀，對(duì)已采集的信號(hào)頻帶的離散程度v_j進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，形成擬合曲線，計(jì)算擬合曲線的斜率k；若頻帶數(shù)j＜j₀，則重復(fù)步驟3的操作；