[发明专利]一种基于差分的单像素成像硬件系统

说明书

技术领域

本发明涉及目标检测识别与成像领域，尤其是涉及单像素成像硬件系统。

背景技术

2006年美国RICE大学的研究人员基于压缩感知理论首次成功研制出单像素相机，从实验上证明了人们可以使用更加简单廉价的传感器设备实现高分辨率图像信号采集的可能性。RICE大学的实验硬件结构也成为了单像素成像领域的典型硬件结构，多数压缩感知理论在图像处理方面的应用都是基于该硬件结构的优化。

在经典单像素成像实验过程中，来自原始图像漫反射的光线通过透镜投影到DMD上，由DMD根据已经设定好的程序将入射光进行选择性的偏转，将一部分光线通过另一透镜反射到单像素传感器上，通过模数转换器转换成数字信号由电脑控制采样，得到一系列的测量值，经过重建算法最后重建图像。

单像素系统的信号复原过程中，测量信号采集的准确性在很大程度上决定了信号复原的质量。在重复RICE大学经典单像素实验时可以发现，进行测量值采集时，由于光源射出的光受到原始图像漫反射、DMD反射、透镜损耗等影响，到达单像素传感器时，光的能量已经较小，直接导致测量值本身较小；测量基矩阵之间相似的反射率导致不同测量值之间值的变化较小。同时由于整套系统光路较长，环境噪声和环境光线变化对于测量值的影响较大，实验环境周围的人员走动都会对测量值造成不可逆转的影响，实验结果经常不稳定。该典型硬件结构本身对噪声和环境光线变化的不鲁棒直接限制了单像素系统的应用场景和复原效果。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，提供了一种对环境噪声及环境光线变化具备很强的棒性的基于差分的单像素成像硬件系统，包括：

第一单像素传感器，用于接受已经调制完毕从待复原图像反射来的待测量信号光；

第二单像素传感器，用于接受环境噪声和环境光；

光功率采集装置，用于实现所述第一单像素传感器和所述第二单像素传感器采集数值的差分运算，并保存测量值数据；

所述第一单像素传感器和第二单像素传感器为同一型号且相互靠近设置。

优选的，还包括：LED光源，用于提供光源；DMD芯片，用于直接接收LED光源发出的入射光并反射入射光照在待复原图像上。

优选的，还包括第一透镜，用于汇聚从待复原图像反射来的待测量信号光。

本发明使用同型号的两个单像素传感器接入到具有运算功能的光功率采集装置上。其中第一单像素传感器正常接收来待复原图像反射过来的已调制好的光线，第二单像素传感器安置在旁边，接收环境的变化光线，环境噪声。具有运算功能的光功率采集装置内部将两个传感器传来的值进行相减，在不消耗系统计算资源的情况下一方面抵消环境变化和环境噪声带来的扰动，另一方面抵消机器自身的DC偏置，相减之后的值更加贴近于测量值的真实值，提高了信号精度。精确度更高的测量值向量使系统原始信号复原效果更好。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所设计的一种基于差分的单像素成像硬件系统沿着光路径包括LED光源1、第一凸透镜2、DMD芯片3、第二凸透镜4、待复原图像5、第三凸透镜6、第一单像素传感器7、第二单像素传感器9、光功率采集装置8、PC机10。

LED光源1，用于提供光源。