[发明专利]一种基于自适应区域投射的单像素成像方法

说明书

一种基于自适应区域投射的单像素成像方法，用于提高单像素成像的速度。该方法首先利用条纹投射器向物体投射横向和纵向正弦条纹，获得所需的场景图像的二维傅立叶系数；然后由傅立叶切片原理，得到场景图像在图像域中横纵坐标轴上的投影；接着使用边缘提取算法，确定物体区域在场景中的尺寸和位置；最后对物体所在区域进行单像素成像，重建物体图像。该方法可以根据物体区域的大小自动调节成像区域的位置和大小，进而减少成像时间，在成像质量不变的情况下大幅提高成像速度。

技术领域

本发明涉及一种基于自适应区域投射的单像素成像方法，可在物体只占据成像场景的部分区域时，对物体进行快速单像素成像，缩短单像素成像时间，提高成像速度。本发明属于计算成像领域。

背景技术

不同于普通CCD相机需要大量像元记录成像场景的空间特性，单像素成像技术只需一个像元即可对场景进行成像，而且在复杂的成像环境中仍能获得质量较好的图像。单像素成像在实施过程中需向被测区域投射大量已知条纹，反射光被单像素探测器探测感知，最后利用获得的数据，使用相应重建算法重建得到被成像区域图像。基于傅立叶频谱的单像素成像技术由于具有成像信噪比高、可进行高分辨率成像，得到了学术界的广泛关注。其成像时向待成像场景投射一系列不同频率的正弦条纹，经过解算后得到场景图像的二维傅立叶系数，最终对获得的系数进行二维傅立叶逆变换得到场景图像。然而对于现有的单像素成像方法，由于成像系统中的硬件设备通常保持不变，条纹的投射速率保持不变，因而其成像时间与成像分辨率成正比。单像素成像为获得清晰图像需要投射大量条纹，这意味着投射这些条纹会消耗大量时间。成像时间消耗大已经成为制约单像素成像技术应用的关键问题。

由于重建清晰图像所需条纹的数量与图像的分辨率成正比，而图像分辨率则正比于成像区域大小，因此成像区域面积降低则意味着投射的条纹数量减少。为提高单像素成像的成像速度，本发明提出一种基于自适应区域投射的单像素成像方法，通过预先确定物体在成像结果中的位置，只对物体所在区域投射条纹进行单像素成像，减少成像区域面积，在成像质量不变的前提下减小传统单像素成像重建图像的分辨率，从而减少单像素成像时间消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应区域投射的单像素成像方法，以减少单像素成像时所需投射的条纹数量，提高单像素成像的成像速度。

本发明的技术解决方案为：首先确定物体在场景中的区域位置，然后只对物体区域进行单像素成像。其特征在于

1、包括以下步骤：

(1)利用条纹投射器向物体分别投射横纵方向正弦条纹，进而获得场景图像在傅立叶域中横纵坐标轴上的二维傅立叶系数。

(2)利用傅立叶切片原理，由横向和纵向二维傅立叶系数得到场景图像在图像域中横纵坐标轴上的投影。

(3)使用提出的区域定位算法，由场景图像在图像域中横纵坐标轴上的投影定位物体在场景中的尺寸和位置。

(4)由条纹投射器向物体所在区域投射与其尺寸相同的条纹，对物体所在区域进行单像素成像。

2、根据权利要求1所述的一种基于自适应区域投射的单像素成像方法，其特征在于：所述的步骤(2)中提到的获取场景图像在图像域中横纵坐标轴上投影的方法为：

取(1)得到的二维傅立叶系数，分别进行一维傅立叶逆变换，分别得到场景图像在图像域中横纵坐标轴上的投影。

3、根据权利要求1所述的一种基于自适应区域投射的单像素成像方法，其特征在于：所述的步骤(3)中提到的区域定位算法为：

首先求解投影的一阶微分，然后分别确定两绝对值最大的极值点，这两点就是物体在该投影方向上的边缘位置。对两方向的投影进行该处理后，物体在场景中的位置已被确定。