申请/专利权人：苏州蛟视智能科技有限公司

申请日：2017-11-29

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN107807091B

主分类号：G01N21/01

分类号：G01N21/01;G01V8/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2018.04.10#实质审查的生效;2018.03.16#公开

摘要：本发明公开了一种压缩感知成像装置及方法，该成像装置包括载体以及位于所述载体上的PSF测量系统和成像系统，通过设置PSF测量系统，使第一光源发出的第一光束经过空气水体后由第一光电探测单元接收并得到受PSF影响的光斑的能量分布信息，通过PSF计算单元根据第一光源发出的光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑成像的能量分布信息计算出该空气水体在特定距离下PSF的频谱值，并通过中央处理单元计算得到成像单元对应的空气水体的PSF的频谱值，根据该频谱值调整空间光调制器中的微镜，使得其投射到检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同，从而抑制PSF的影响。

主权项：1.一种压缩感知成像装置，其特征在于，包括：载体以及位于所述载体上的PSF测量系统和成像系统：所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元和PSF计算单元，所述第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光源与第一光电探测单元之间设有空气水体环境，所述第一光源发出的第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元，所述第一光束的发散角小于5mrad，所述第一光电探测单元为面阵探测器；所述成像系统包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述PSF计算单元和空间光调制器连接。

全文数据：一种压缩感知成像装置及方法技术领域[0001]本发明涉及目标检测识别与成像领域，具体涉及一种压缩感知成像装置及方法。背景技术[0002]关联成像correlatedimaging，也称鬼成像ghostimaging，是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性，通过参考光场与目标探测光场之间的强度关联运算，可以非定域地获取目标图像信息的新型成像技术。然而传统的关联成像存在采样次数较多，成像时间长，系统结构复杂的问题，并不适用于在复杂多变的环境中成像。压缩感知CompressiveSensing技术是近年来出现的一种全新的信号采样技术，不同于传统的奈奎斯特采样定理，该技术将信号的压缩过程与采样过程同步完成，即将高维的原始信号通过观测矩阵投影到低维的空间上，以少量的投影参数通过求解优化问题高概率的重构原始信号。该技术可以有效的提高信号采样效率，降低信号处理时间和计算成本。[0003]基于压缩感知的关联成像技术可以有效的克服传统关联成像技术关于探测时间、系统复杂度的问题。特别在恶劣天气或水下环境中，由于该技术仍然采用单像素探测器作为接收核心器件，其光电转换效率高，增益高，响应速度快，非常适合于弱光环境下的检测。由于光电探测器接收的不再是具有空间分辨率的信号，而是视场范围内的总光强值，不容易受到环境中的杂质干扰。另外，由于参考臂采用具有调制功能的器件代替，大幅度的降低了系统复杂度和体积度，使得系统的环境适应能力和稳定性得到了大幅度的提高。[0004]在压缩感知过程中，光强分布的调制越精确，照射目标时的调制分布图案与原始调制图案越接近，最终重构的图像越准确。然而由于介质的PSF的作用，到达目标时的光强度分布与预设的调制图案差别巨大，如图Ia-Ib所示，分别为预设的调制图案和到达目标时的光强度分布图。且随着成像距离的增加，PSF的影响越大，为了能够减少环境对图像重构造成的负面影响，需要实时掌握空气水体的PSF，对空间光调制器或调制矩阵进行重新调整，使得其到达目标时的光强度分布与预设的调制图案相同。[0005]然而实际环境中包含的粒子情况往往十分复杂，并且随时间变化，现有的PSF的理论模型不能完整的表达实际系统所处环境的PSF参数。发明内容[0006]本发明提供了一种压缩感知成像装置及方法，以解决现有技术在恶劣天气条件或水中，由于PSF的影响导致的图像重构精度低，成像距离和成像质量下降的问题。[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种压缩感知成像装置，包括:载体以及位于所述载体上的PSF测量系统和成像系统：[0008]所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元和PSF计算单元，所述第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光源发出的第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元，所述第一光束的发散角小于5mrad，所述第一光电探测单元为面阵探测器；[0009]所述成像系统包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述PSF计算单元和空间光调制器连接。[0010]进一步的，所述PSF测量系统还包括第一光束整形器件，第一光束经过所述第一光束整形器件后形成能量分布均匀的圆形光斑。[0011]进一步的，所述第一光束的主光轴与所述第一光电探测单元的探测面垂直。[0012]进一步的，所述PSF测量系统位于所述载体的前方，所述第一光束的行进方向与所述第二光源发出的第二光束投射至所述检测目标上的行进方向相同。[0013]进一步的，所述第一光源和第二光源为波长相同的单色光源。[00M]进一步的，所述第二光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源沿光路后方还设有波长选择单元，所述宽光谱光源发出的光束包括多种波段不同的单色光，所述第一光源包括与所述多种波段不同的单色光一一对应的多个波段不同的单色光源，所述波长选择单元和所述多个波段不同的单色光源均连接至所述中央处理单元，所述第一光电探测单元分别接收所述多个波段不同的单色光源发出的光线。[0015]进一步的，所述第一光源和第二光源采用同一个由若干波段不同的单色光源组成的单色光源阵列，所述单色光源阵列沿光路后方设有分光单元，每个所述单色光源发出的光线经过所述分光单元后分别形成第一光束和第二光束。[0016]本发明还提供一种如上所述的压缩感知成像装置的成像方法，包括以下步骤：[0017]SI:测量第一光束在空气水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气水体中行进的距离R;[0018]S2:打开第一光源发出第一光束，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元进行探测，所述第一光电探测单元将探测到的光斑的能量分布信息发送至所述PSF计算单元；[0019]S3:所述PSF计算单元根据所述原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气水体在距离r下的PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元；[0020]S4:所述中央处理单元通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下PSF的频谱值，并根据该PSF值调整空间光调制器使到达检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同；[0021]S5:所述第二光源发出第二光束，经过所述空间光调制器调制后通过投射系统投射至所述检测目标上，经所述检测目标反射的光线由所述第二光电探测单元接收；[0022]S6:所述第二光电探测单元接收所述检测目标反射的光线并传递给所述中央处理单元，所述中央处理单元根据空间光调制器的原调制矩阵和第二光电探测单元的探测信息进行关联运算，得到成像结果。[0023]进一步的，所述步骤S3中，PSF计算单元计算该空气水体在距离r下的PSF的频谱值包括以下步骤：[0024]S31:对第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布进行傅里叶变换得到探测光斑的频谱，同时对第一光源的原始光斑的能量分布进行傅里叶变换得到原始光斑的频谱；[0025]S32:将探测光斑的频谱与原始光斑的频谱做点除运算得到该空气水体在距离r对应的PSF的频谱值。[0026]进一步的，所述步骤S4中，中央处理单元调整空间光调制器的步骤如下：[0027]S41:测量第二光束在空气水体中的发散角以及检测目标与第二光源之间的距离Ri;[0028]S42:根据第二光源照射的空间光调制器上调制出的调制矩阵的一个像素单元的尺寸以及测量得到的发散角和距离心计算得到检测目标处调制光斑中一个像素单元的尺寸，作为经空气水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸；[0029]S43:将所述经空气水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸与对应距离下的PSF的频谱值进行去卷积运算得到未经水影响后的光斑的像素单元的尺寸；[0030]S44:利用物像关系得到空间光调制器上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸；[0031]S45:中央处理单元根据空间光调制器上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸控制与该像素单元尺寸对应数量的微镜作为一个像素单元进行反应。[0032]本发明还提供一种如上所述的压缩感知成像装置的成像方法，包括以下步骤：[0033]SI:测量第一光束在空气水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气水体中行进的距离R;[0034]S2:打开第一光源发出第一光束，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元进行探测，所述第一光电探测单元将探测到的光斑成像的能量分布信息发送至所述PSF计算单元；[0035]S3:所述PSF计算单元根据第一光源发出的光斑的能量分布以及接收的光斑成像的能量分布信息计算出该空气水体在距离r下的PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元；[0036]S4:所述中央处理单元通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气水体的PSF的频谱值，并将该距离R下空气水体的PSF的频谱值进行傅里叶逆变换得到空气水体的PSF值，接着针对空间调制单元的调制矩阵和该PSF值进行卷积运算得到新的调制矩阵；[0037]S5:所述第二光源发出第二光束，经过所述空间光调制器调制后投射至所述检测目标上，经所述检测目标反射的光线由所述第二光电探测单元接收；[0038]S6:所述第二光电探测单元接收所述检测目标反射的光线并传递给所述中央处理单元，所述中央处理单元根据所述新的调制矩阵和第二光电探测单元的探测信息进行关联运算，得到成像结果。[0039]本发明提供的压缩感知成像装置及方法，通过设置PSF测量系统，使第一光源发出的第一光束经过空气水体后由第一光电探测单元接收并得到受PSF影响的光斑的能量分布信息，通过PSF计算单元根据第一光源发出的光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑成像的能量分布信息计算出该空气水体在特定距离下PSF的频谱值，并通过中央处理单元计算得到成像单元对应的空气水体的PSF的频谱值，并根据该PSF的频谱值调整空间光调制器中的微镜，使得其投射到检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同，从而抑制PSF的影响。此外中央处理单元也可以根据空间光调制器的原调制矩阵与空气水体的PSF值进行计算得到新的调制矩阵，并将上述新的调制矩阵应用于最终的关联运算中，得到成像结果。本发明可以很好地避免PSF造成的影响，提高了重构图像的精确度以及最终的成像结果。附图说明[0040]图la-lb分别是现有技术中空间调制器上的调制图案和到达目标时的光强度分布图；[0041]图2是本发明实施例1中压缩感知成像装置一具体框架示意图；[0042]图3-5是本发明实施例1中压缩感知成像装置三种具体结构示意图；[0043]图6是本发明实施例3中压缩感知成像装置一具体结构示意图；[0044]图7是本发明实施例4中压缩感知成像装置一具体结构示意图；[0045]图中所示：10、载体;20、PSF测量系统;210、第一光源;211、第一光束;220、第一光电探测单元;230、PSF计算单元;240、第一光束整形器件;260、光路转折元件；[0046]30、成像系统;310、第二光源;320、空间光调制器;330、投射系统;340、第二光电探测单元;350、中央处理单元;360、波长选择单元;370、第二光束整形与准直单元；[0047]40、检测目标;50、分光单元。具体实施方式[0048]下面结合附图对本发明作详细描述。[0049]实施例1[0050]如图2-3所示，本发明提供一种压缩感知成像装置，包括:载体10和位于所述载体上的PSF测量系统20和成像系统30。[0051]所述PSF测量系统20包括第一光源210、第一光电探测单元220和PSF计算单元230，所述第一光电探测单元220与所述PSF计算单元230连接，所述第一光源210发出的第一光束211经过空气水体之后进入第一光电探测单元220,所述第一光源210和第一光电探测单元220与所述PSF计算单元230连接，所述第一光束211的发散角小于5mrad，即保证第一光束211具有较好的准直度，形成尺寸尽可能小的点光斑，使其更好地被第一光电探测单元220探测到，提高PSF的测量准确性。优选的，所述第一光电探测单元220为面阵探测器，可接收到达其探测面的整个光斑的能量分布，并将接收的整个光斑的能量分布传给PSF计算单元230直接用于PSF值计算。所述PSF测量系统20还包括第一光束整形器件240,第一光束211经过所述第一光束整形器件240后形成能量分布均匀的圆形光斑。且所述第一光束211与所述第一光电探测单元220的探测面垂直，从而保证第一光电探测单元220可以准确探测光斑的能量分布。具体的，第一光源210与第一光电探测单元220之间设有空气水体环境，且第一光束211在该空气水体中的行进距离r为固定值且已知。本文中的空气是指陆上恶劣天气的空气环境，如污染较严重的空气环境，如雾霾天气，且当针对空气环境时，应增大行进距离r的值，如大于2m，此时亦可以将第一光源210和第一光电探测单元220置于不同的载体10上。[0052]所述成像系统30包括第二光源310、空间光调制器320、投射系统330、第二光电探测单元340和中央处理单元350,所述第二光源310、空间光调制器320、投射系统330、检测目标40、第二光电探测单元340、中央处理单元350沿光路依次排列，所述中央处理单元350分别与所述PSF计算单元230和空间光调制器320连接。所述第二光源310沿光路后方还设有第二光束整形与准直单元370,对第二光束进行整形和准直，以得到所需的光斑。具体的，该空间光调制器320为数字微镜阵列DMD，由若干微镜组成，根据设定的调制矩阵控制每个微镜的状态，从而实现对光束的调制。投射系统330将所述空间光调制器330的像投射至检测目标40上。投射系统330可以采用投影镜头，或者任意其他镜头，只要能实现该功能即可。第二光电探测单元340采用单像素探测器。[0053]图3中所示为一种紧凑的结构示意图，PSF测量系统20和成像系统30紧邻，图3中为纵向分布，PSF测量系统20位于成像系统30的上方或下方靠近侧边处，载体10上与PSF测量系统20对应处具有凹槽，在该凹槽的两侧分别布置第一光源210和第一光电探测单元220，中间空隙处为空气水体环境，需要说明的是，针对水体环境时，为了使第一光束211从水体中穿过，则第一光源210的出光口以及第二光电探测单元210的探测面应低于水面。然而采用该种布置方式，当载体10或水流处于运动状态时，载体10的前方势必会遮挡水流导致波动，并且该波动与载体10前方的波动势必不同，即PSF测量系统20和成像系统30所处的水体的波动势不同，导致PSF测量不准确，因此该方式仅能适合空气或水体静止不动或载体10不运动状态。为了避免上述问题，将PSF测量系统20布置于载体10的前方，需要说明的是，此处的前方是相对于载体10的运动方向或第一光束211的出射方向，如图4所示，在载体10的前方向外延伸出并形成一个与图1中相似的凹槽，在该凹槽的两侧分别布置第一光源210和第一光电探测单元220,中间空隙处为空气水体环境，此时若载体10或空气水体流动时，由于前侧的载体10质量较小，因此起到的遮挡效果也大大减小，此时可以认为PSF测量系统20和成像系统30所处的空气水体的波动势相同。当然为了尽可能避免前侧载体10的阻挡，可以将上述凹槽逆时针旋转90度，使PSF测量系统20和成像系统30所处的空气水体环境完全相同，如图5所示。[0054]优选的，所述第一光源210和第二光源310为波长相同的单色光源，为了保证PSF的测量准确性，当第二光源310为单色光源时，需保证第一光源210与第二光源310的波长相同，第一光源210和第二光源310可采用准直性较好的激光器或其他准直性较好的单色光源。[0055]本实施例还提供上述压缩感知成像装置的成像方法，包括以下步骤：[0056]SI:测量第一光束211在空气水体中行进的距离r以及第二光束311投射至检测目标40上时在空气水体中行进的距离R;由于PSF测量系统20测量的PSF值是针对距离r下的值，然而由于第二光束311投射到检测目标40上时在空气水体中行进的距离R与距离r不同，因此还需根据两者的距离进行一次换算从而得到成像时对应的PSF值，本实施例中测量PSF主要是指测量PSF的频谱值MTFModulationTransferFunction，调制传递函数），若要转换成PSF值，只需对MTF进行傅里叶逆变换即可。[0057]S2:打开第一光源210发出第一光束211，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光源210发出的第一光束211经过空气水体之后进入第一光电探测单元220进行探测，所述第一光电探测单元220将探测到的光斑的能量分布信息发送至所述PSF计算单元230;本实施例中，第一光电探测单元220为面阵探测器，如CXD或者CMOS，可直接探测到达探测面的整个光斑的能量分布，此时光斑的能量分布中是原始光斑经过PSF影响后对应的光斑的能量分布。具体的，在第一光束211进入空气水体之前首先需要对其原始光斑的能量分布进行探测，且探测点与第一光源210之间的距离应与第一光源210进入空气水体时在空气中行进的距离相同，以避免产生误差，并将该探测值发送至PSF计算单元230，为方便起见可直接采用第一光电探测单元220进行探测，当然也可以采用其他的光电探测器对该原始光斑的能量分布进行探测。[0058]S3:所述PSF计算单元230根据第一光源210的原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元220探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气水体在距离r下的PSF值，并将计算得到的PSF值发送至所述中央处理单元350;具体的，PSF计算单元230计算该空气水体对应的PSF包括以下步骤：[0059]S31:对第一光电探测单元220探测到的光斑的能量分布Vx，y进行傅里叶变换得到探测光斑的频谱，同时对第一光源210发出的原始光斑的能量分布Ix，y进行傅里叶变换得到原始光斑的频谱；[0060]S32:将探测光斑的频谱与原始光斑的频谱做点除运算得到该空气水体在距离r下PSF的频谱值，即MTF;具体的，由于Vx，y=Ix，y*PSF，其中*代表卷积运算，为了计算PSF，则需要将上式从空间域向频率域转换，即F[IX，y]=F[IX，y]·MTF，其中F[]代表傅里叶变换，•代表点乘运算，MTF为PSF对应的频域值，可知MTF=F[Ix，y]F[IX，y]，这里代表点除运算。此处还可以通过频谱维纳滤波技术，即利用维纳滤波器一个参数，如反应空气水体浑浊度，从而稳健的估计PSF的频谱值。[0061]S4:所述中央处理单元350通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气水体的PSF的频谱值，并根据该PSF的频谱值调整空间光调制器320使到达检测目标40上的光强分布与原调制矩阵相同；具体的，恶劣天气条件和浑浊水体条件，对成像系统的影响归结为米散射的影响，两者虽然介质不同，但是计算的表达是相同。其中，米散射条件下的MTF公式为：1[0062]其中，MTFA实际的MTF值，SdPAa表示杂质颗粒对光线的有限散射和吸收系数，V。是杂质颗粒的截止频率，R为光程，将步骤S3中计算得到的距离r对应的PSF的频谱值MTF带入上述公式（1中，推算出Sa、A4Pvc的值，当然需要改变距离r的值得到多组数据，接着将距离R和推算出Sa、A4Pvc的值代入上述公式⑴中，即可得到距离R对应的MTF值。[0063]其中，中央处理单元350调整空间光调制器320的步骤如下：[0064]S41:测量第二光束311在空气水体中的发散角以及检测目标40与第二光源310之间的距离R1;[0065]S42:根据第二光源310照射的空间光调制器320上调制出的调制矩阵的一个像素单元的尺寸以及测量得到的发散角和距离R1计算得到检测目标40处调制光斑中一个像素单元的尺寸，作为经空气水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸；[0066]S43:将所述经空气水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸与对应距离下的PSF的频谱值进行去卷积运算得到未经空气水体影响后的光斑的像素单元的尺寸；[0067]S44:利用物像关系得到空间光调制器320上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸，即检测目标40上未经水影响的光斑尺寸与空间光调制器320上一个像素的尺寸的比值等于像距检测目标40与投射系统330之间的比值）与物距投射系统330与空间光调制器330之间的距离）。[0068]S45:中央处理单元350根据所述空间光调制器320上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸控制与该像素单元尺寸对应数量的微镜作为一个像素单元进行反应，使到达检测目标40上的光强分布与原调制矩阵相同。[0069]S5:所述第二光源310发出第二光束，经过所述空间光调制器320调制后通过投射系统330投射至所述检测目标40上，经所述检测目标40反射的光线由所述第二光电探测单元340接收。[0070]S6:所述第二光电探测单元340接收所述检测目标40反射的光线并传递给所述中央处理单元350,该第二光电探测单元340采用单像素探测器所述中央处理单元350根据空间光调制器320的原调制矩阵和第二光电探测单元340的探测信息进行关联运算，得到成像结果。[0071]实施例2[0072]与实施例1不同的是，本实施例中提供的成像方法，包括以下步骤：[0073]SI:测量第一光束211需在空气水体中行进的距离r以及第二光束311投射至检测目标40上时需在空气水体中行进的距离R;由于PSF测量系统20测量的PSF值是针对距离r下的值，然而由于第二光束311投射到检测目标40上时在空气水体中行进的距离R与距离r不同，因此还需根据两者的距离进行一次换算从而得到成像时对应的PSF值。同理，本实施例中测量PSF主要是指测量PSF的频谱值MTF，若要转换成PSF值，只需对MTF进行傅里叶逆变换即可。[0074]S2:打开第一光源210发出第一光束211，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束211经过空气水体之后进入第一光电探测单元220进行探测，所述第一光电探测单元220将探测到的光斑的能量分布信息发送至所述PSF计算单元230;本实施例中，第一光电探测单元220为面阵探测器，可直接接收到达器探测面的整个光斑的能量分布，即此时光斑的能量分布中是原始光斑经过PSF影响后对应的光斑的能量分布。此处原始光斑的能量分布的探测方法同实施例1。[0075]S3:所述PSF计算单元根据第一光源210的原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元220探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气水体在距离r下的PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元350;[0076]S4:所述中央处理单元350通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气水体的PSF的频谱值，并将该距离R下空气水体的PSF的频谱值进行傅里叶逆变换得到空气水体的PSF值，接着针对空间光调制器320的原始调制矩阵和该PSF值进行卷积运算得到新的调制矩阵，具体的，将空间光调制器320的原始调制矩阵与空气水体的PSF值进行卷积运算以得到新的调制矩阵。采用该方法则无需调节空间光调制器320中的微镜，直接通过空气水体的PSF值更新调制矩阵即可，操作更加简单。[0077]S5:所述第二光源310发出第二光束311，经过所述空间光调制器320调制后通过投射系统330投射至所述检测目标40上，经所述检测目标40反射的光线由所述第二光电探测单元340接收。[0078]S6:所述第二光电探测单元340接收所述检测目标40反射的光线并传递给所述中央处理单元350,该第二光电探测单元340采用单像素探测器，每次探测得到每一帧图像的像素和，所述中央处理单元350根据所述新的调制矩阵和第二光电探测单元340的探测信息进行关联运算，得到成像结果。[0079]实施例3[0080]如图6所示，与实施例1不同的是，本实施例中，所述第二光源310为宽光谱光源，所述宽光谱光源沿光路后方还设有波长选择单元360,所述宽光谱光源发出的光束包括多种波段不同的单色光，所述第一光源210包括与所述多种波段不同的单色光一一对应的多个波段不同的单色光源，所述波长选择单元360和所述多个波段不同的单色光源均连接至所述中央处理单元350,所述第一光电探测单元220分别接收所述多个波段不同的单色光源发出的光线。具体的，本实施例中，所述宽光谱光源采用混色光源，如基于LARP基于激光远程激发荧光粉技术的白光源，或可调谐激光器或由若干单色光源组成的光源阵列，如激光源、LED光等，第一光源210可以采用可调谐激光器或激光阵列，在第一光源210后设置第一光束整形器件240,以形成能量分布均匀的圆形光斑。本实施例中，所述波长选择单元360采用波长选择单元，当然也可以采用其他器件，通过中央处理单元350控制波长选择单元旋转，使不同颜色的光对检测目标40进行分时探测，同时控制第一光源210,使当前出射的第一光束211的波段与第二光源310中透过波长选择单元的第二光束311的波段相同，且第一光电探测单元220分别针对不同的波段的第一光束211进行探测，并通过PSF计算单元230计算得到该距离r下的PSF值，在成像时根据对应波段的光线测量得到的PSF值控制空间光调制器320进行调制或图像重构，以保证同步性，提高图像重构精度。此种情况下，中央数据单元350在重构图像的时候，需要根据该时段光源的颜色信息、该颜色光源对应的PSF值、单像素探测器接收到的数据，进行重构得到单色的图像，最后将所有的单色的图像以线性叠加的方式从而得到一幅彩色图像。需要说明的是，当第一光源210和第二光源310均为单色光阵列时，第一光源210和第二光源310中的激光源对应，且第二光源310后方可以不设置波长选择单元360,直接通过中央处理单元350进行同步控制，使第一光束211和第二光束311的波长时刻对应。[0081]实施例4[0082]如图7所所示，与实施例3不同的是，本实施例中，所述第一光源210和第二光源310共用一个由若干波段不同的单色光源组成的单色光源阵列，每个所述单色光源沿光路后方设有分光单元50,每个单色光源发出的光线经过所述分光单元50分光后分别形成第一光束211和第二光束311，其中第一光束211经过空气水体后由第一光电探测单元220进行探测，并由PSF计算单元230计算对应的距离r下的空气水体的PSF，将该PSF值传递给中央处理单元350用于控制空间光调制器320中的微镜的状态或直接计算得到新的调制矩阵以重构得到每种光源对应的单色的图像。具体的，单色光源优选激光源，准直性好。该分光单元50可以采用一个分光镜，所有的单色光源均通过该分光镜进行分光，也可以采用多个分光镜，与每个单色光源对应，每个单色光源通过单独的分光镜进行分光，本实施例中，分光镜与水平方向的夹角呈45°，如图7所示。当然也可以根据需要在PSF测量系统20的光路中设置光路转折元件260如反射镜等，使第一光束211与第一光电探测单元220的探测面垂直。采用该种结构只需通过中央处理单元350控制单色光源阵列中的单色光源分时出射即可，无需进行同步控制，即省去了波长选择单元360和同步控制机制，同时也降低了装置的结构，节约了占用空间。[0083]本发明提供的压缩感知成像装置及方法，通过设置PSF测量系统20,使第一光源210发出的第一光束211经过空气水体后由第一光电探测单元220接收并得到受PSF影响的光斑的能量分布信息，通过PSF计算单元230根据第一光源210发出的原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元220探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气水体在特定距离下的PSF值，并通过中央处理单元350计算得到成像单元30对应的空气水体的PSF值，根据该PSF值调整空间光调制器320中的微镜，使得其投射到检测目标40上的光强分布与原调制矩阵相同，从而抑制PSF的影响。此外中央处理单元350也可以根据空间光调制器320的原调制矩阵与空气水体的PSF值进行计算得到新的调制矩阵，并将上述新的调制矩阵应用于最终的关联运算中，对图像进行重构以得到成像结果。本发明可以很好地避免PSF造成的影响，提高了重构图像的准确度。[0084]虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种压缩感知成像装置，其特征在于，包括:载体以及位于所述载体上的PSF测量系统和成像系统：所述PSF测量系统包括第一光源、第一光电探测单元和PSF计算单元，所述第一光电探测单元与所述PSF计算单元连接，所述第一光源发出的第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元，所述第一光束的发散角小于5mrad，所述第一光电探测单元为面阵探测器；所述成像系统包括第二光源、空间光调制器、投射系统、第二光电探测单元和中央处理单元，所述第二光源、空间光调制器、投射系统、检测目标、第二光电探测单元、中央处理单元沿光路依次排列，所述中央处理单元分别与所述PSF计算单元和空间光调制器连接。2.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述PSF测量系统还包括第一光束整形器件，第一光束经过所述第一光束整形器件后形成能量分布均匀的圆形光斑。3.根据权利要求1所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第一光束的主光轴与所述第一光电探测单元的探测面垂直。4.根据权利要求3所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源为波长相同的单色光源。5.根据权利要求3所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第二光源为宽光谱光源，所述宽光谱光源沿光路后方还设有波长选择单元，所述宽光谱光源发出的光束包括多种波段不同的单色光，所述第一光源包括与所述多种波段不同的单色光一一对应的单色光源，所述波长选择单元和所述多个波段不同的单色光源均连接至所述中央处理单元，所述第一光电探测单元分时接收多个所述单色光源发出的光线。6.根据权利要求3所述的压缩感知成像装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源采用同一个由若干波段不同的单色光源组成的单色光源阵列，所述单色光源阵列沿光路后方设有分光单元，每个所述单色光源发出的光线经过所述分光单元后分别形成第一光束和第二光束。7.—种如权利要求1所述的压缩感知成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：SI:测量第一光束在空气水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气水体中行进的距离R;S2:打开第一光源发出第一光束，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元进行探测，所述第一光电探测单元将探测到的光斑的能量分布信息发送至所述PSF计算单元；S3:所述PSF计算单元根据所述原始光斑的能量分布以及第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布信息计算出该空气水体在距离r下PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元；S4:所述中央处理单元通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气水体的PSF的频谱值，并根据该频谱值调整空间光调制器使到达检测目标上的光强分布与原调制矩阵相同；S5:所述第二光源发出第二光束，经过所述空间光调制器调制后通过投射系统投射至所述检测目标上，经所述检测目标反射的光线由所述第二光电探测单元接收；S6:所述第二光电探测单元接收所述检测目标反射的光线并传递给所述中央处理单元，所述中央处理单元根据空间光调制器的原调制矩阵和第二光电探测单元的探测信息进行关联运算，得到成像结果。8.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于，所述步骤S3中，PSF计算单元计算该空气水体在距离r下的PSF的频谱值包括以下步骤：S31:对第一光电探测单元探测到的光斑的能量分布进行傅里叶变换得到探测光斑的频谱，同时对第一光源的原始光斑的能量分布进行傅里叶变换得到原始光斑的频谱；S32:将探测光斑的频谱与原始光斑的频谱做点除运算得到该空气水体对应的PSF的频谱值。9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于，所述步骤S4中，中央处理单元调整空间光调制器的步骤如下：S41:测量第二光束在空气水体中的发散角以及检测目标与第二光源之间的距离R1;S42:根据第二光源照射的空间光调制器上调制出的调制矩阵的一个像素单元的尺寸以及测量得到的发散角和距离心计算得到检测目标处调制光斑中一个像素的尺寸，作为经空气水体的PSF影响后的光斑尺寸；S43:将所述经空气水体的PSF影响后的光斑的像素单元的尺寸与对应距离下的PSF的频谱值进行去卷积运算得到未经水影响后的光斑的像素单元的尺寸；S44:利用物像关系得到空间光调制器上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸；S45:中央处理单元根据空间光调制器上的调制矩阵中一个像素单元的尺寸控制与该像素单元尺寸对应数量的微镜作为一个像素单元进行反应。10.—种如权利要求1所述的压缩感知成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：SI:测量第一光束在空气水体中行进的距离r以及第二光束投射至检测目标上时在空气水体中行进的距离R;S2:打开第一光源发出第一光束，首先探测其原始光斑的能量分布信息，接着使第一光束经过空气水体之后进入第一光电探测单元进行探测，所述第一光电探测单元将探测到的光斑成像的能量分布信息发送至所述PSF计算单元；S3:所述PSF计算单元根据第一光源发出的光斑的能量分布以及接收的光斑成像的能量分布信息计算出该空气水体在距离r下PSF的频谱值，并将计算得到的PSF的频谱值发送至所述中央处理单元；S4:所述中央处理单元通过米散射条件下的MTF公式计算得到距离R下空气水体的PSF值，并将该距离R下空气水体的PSF的频谱值进行傅里叶逆变换得到空气水体的PSF的频谱值，接着针对空间调制单元的调制矩阵和该PSF值进行卷积运算得到新的调制矩阵；S5:所述第二光源发出第二光束，经过所述空间光调制器调制后投射至所述检测目标上，经所述检测目标反射的光线由所述第二光电探测单元接收；S6:所述第二光电探测单元接收所述检测目标反射的光线并传递给所述中央处理单元，所述中央处理单元根据所述新的调制矩阵和第二光电探测单元的探测信息进行关联运算，得到成像结果。

百度查询： 苏州蛟视智能科技有限公司 一种压缩感知成像装置及方法

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