[发明专利]一种并行单像素成像方法

权利要求书

1.一种并行单像素成像系统及方法，其特征在于：成像过程包括以下步骤：

(1)先将投射器和相机面向被成像场景放置，投射器的投射区域应与相机视场有重合的区域；

(2)利用投射器向被成像场景投射一系列用于定位的图案模式，并通过相机拍摄；

(3)根据拍摄到的定位图像，对每个像素的观测范围进行定位；

(4)利用投射器向被成像场景投射并行单像素成像所需的周期延拓图案模式，并通过相机进行拍摄；

(5)通过相机拍摄的场景图像，对相机图像上的每个像素执行并行单像素成像的图像重构算法，重构出每个像素在投射器视角下的对应图像；并行单像素成像的图像重构算法的特征在于：根据相机拍摄不同频率的四步相移条纹图像，计算获得相机每个像素下对应图像的二维傅里叶变换域系数；当获取了在二维傅里叶变换域图像的所有系数之后，对变换域图像作二维傅里叶逆变换，计算得到相机每个像素对应的图像，其分辨率与周期延拓的正弦基图案模式的分辨率相同；将每个像素对应的图像经周期延拓为与投射器分辨率一致的投射器视角图像；根据步骤(3)的定位结果，将重构得到的周期延拓图像的有效区域保留，其他区域置零，得到对应像素在投射器视角下的对应图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的一系列用于定位的图案模式，包括横方向正弦基图案模式和纵方向正弦基图案模式；

横方向正弦基图案模式生成公式为：

纵方向正弦基图案模式生成公式为：

其中，(m,n)代表投射器平面坐标系上一点，取值范围是0≤m≤M-1,0≤n≤N-1；k,l代表正弦基图案模式中条纹的空间频率，取值范围是0≤k≤M-1,0≤l≤N-1中的任意整数；φ代表正弦基图案模式中条纹的相位，取值分别为0,π/2,π,3π/2，构成四步相移图像模式；a是正弦基图案模式中条纹的平均亮度，b是正弦基图案模式中条纹的幅值；M是投射器沿横方向的有效显示像素个数，N是投射器沿纵方向的有效显示像素个数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的定位技术为，根据相机拍摄不同频率的四步相移横纵条纹图像，计算获得相机每个像素观测到的投射器视角下图像分别在横向和纵向投影的一维傅里叶系数；当获得了一维傅里叶变换域中的所有系数后，对变换域系数作一维傅里叶逆变换，计算得到相机每个像素观测到的投射器视角下图像分别在横向和纵向的投影函数；该投影函数中值大于噪声阈值的区域即为对应像素可观测到的横向或纵向区域范围；该范围内的区域称为有效区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的周期延拓图案模式为周期延拓的二维傅里叶变换的不同频率正弦基图案模式，每个频率包含四步相移图案模式，并通过相机拍摄采集对应的图像；

周期延拓的正弦基图案模式的具体生成公式如下：

其中，(m,n)代表投射器平面坐标系上一点，取值范围是0≤m≤M-1,0≤n≤N-1；k,l为周期延拓的正弦基图案模式中条纹空间频率，取值范围是0≤k≤M_s-1,0≤l≤N_s-1；M_s,N_s为延拓的周期；φ为周期延拓的正弦基图案模式中条纹的相位，取值分别为0,π/2,π,3π/2，构成四步相移图像模式；a是周期延拓的正弦基图案模式中条纹的平均亮度，b是周期延拓的正弦基图案模式中条纹的幅值；M是投射器沿横方向的有效显示像素个数，N是投射器沿纵方向的有效显示像素个数。