[发明专利]一种紧凑型双光路单像素成像系统及不均匀光源校正方法

说明书

本发明公开了一种紧凑型双光路单像素成像系统及不均匀光源校正方法，对称设置两套由平面反射镜、光束收集透镜和单像素光电探测器组成的光强收集系统，利用对称双光路进行差分测量，仅通过一次测量即可得到差分后的数字信号，这样，在弱化噪声影响和抑制光源波动的同时还能提高差分测量的效率；并且，本发明提供的上述紧凑型双光路单像素成像系统，还能实现宽谱光源照明下同时成像，同时重建出两个不同波段下的图像；此外，利用平面反射镜将DMD调制后的光反射到光束收集透镜上，可以充分地配合DMD，不仅可以解决因DMD反转角度太小导致光束收集透镜收集的光信息不完整从而影响图像恢复质量的问题，还可以使整个系统的结构更加紧凑。

技术领域

本发明涉及计算成像技术领域，尤其涉及一种紧凑型双光路单像素成像系统及不均匀光源校正方法。

背景技术

单像素成像是一种新兴的计算成像技术，通过空间光调制器对目标场景进行结构化照明，再由无空间分辨率的单像素光电探测器采集信息，通过相关的重建算法便可恢复出图像。

单像素成像技术有多种形式的空间光调制器，例如发光二极管(Light-EmittingDiode,LED)、光学相控阵(Optical Phased Array,OPA)和数字微镜器件(DigitalMicromirrors Device,DMD)等等。影响单像素成像的主要噪声分为探测器噪声和光源波动噪声，对两种噪声的抑制能力将极大地决定单像素成像的重构质量。

人们尝试了多种方式来提升单像素成像系统对噪声的抑制能力，其中最为有效的是差分测量单像素成像技术。当使用哈达玛矩阵作为采集信号的测量矩阵时，由于哈达玛矩阵上的元素只有+1和-1两种取值，而实际实验中只能模拟出+1和0，因此，需要通过DMD投影两张完全相反的哈达玛采样矩阵，来实现±1的强度调制。将两次投影的探测值做相减运算，既可以得到差分后的探测值，从而实现对光源强度波动噪声的抑制，又可以实现对探测器噪声的抑制。然而，由于差分测量的采样次数是正常采样的两倍，大大增加了采样时间，这是其技术发展的瓶颈问题，也是相关领域亟待攻克的难点。并且，单像素成像技术无法在宽谱光源照明下对两个不同波段同时成像。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种紧凑型双光路单像素成像系统及不均匀光源校正方法，用以解决光源不均匀性和光源波动对图像重建产生的不利影响，同时实现了DMD双光路单像素成像，并解决了使用DMD双光路进行单像素成像时因DMD反转角度太小导致光信息不易收集的问题。

本发明提供的一种紧凑型双光路单像素成像系统，包括：相机机身，位于所述相机机身内的相机镜头、DMD、第一平面反射镜、第一光束收集透镜、第二平面反射镜和第二光束收集透镜，以及位于所述相机机身外的光源、第一单像素光电探测器、第一AD转换器、第二单像素光电探测器、第二AD转换器和计算机；其中，

所述光源，用于发射光束，对准所述相机镜头；

所述相机镜头，用于将接收到的光汇聚到DMD；

所述计算机，与所述DMD电性连接，用于生成N个哈达玛图案，并发送给所述DMD；

所述DMD，用于按照接收的N个哈达玛图案对接收到的光进行调制，并将调制后的光分为两路，分别照在所述第一平面反射镜和所述第二平面反射镜上；

所述第一平面反射镜，用于将光反射到所述第一光束收集透镜上；所述第一光束收集透镜，用于将光汇聚到所述第一单像素光电探测器的工作接收面上；所述第一单像素光电探测器，用于采集接收的光的强度，并将采集的光强经过所述第一AD转换器转换为数字信号发送给所述计算机；光束经所述DMD调制后在所述DMD中+12°偏转的微镜上的反射光束与被所述第一平面反射镜反射到所述第一光束收集透镜的光束的角平分线，为所述第一平面反射镜的法线；