[发明专利]基于投影编码的单像素成像方法

摘要

本发明公开了一种基于投影编码的单像素成像方法，属于数字图像处理领域；首先，利用便携式投影仪、计算机以及光功率计搭建单像素成像平台，便携式投影仪用于灵活的投射计算机产生的压缩传感编码矩阵；其次，在此基础上，为了快速获得物体轮廓信息用于提前降低冗余的计算，通过利用物体轮廓信息，采用一种由粗到精模型指导测量矩阵的生成，从而降低单像元成像复原的算法复杂度，加快单像元相机的成像速度。

主权项

一种基于投影编码的单像素成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：搭建单像素成像平台；单像素成像平台包括便携式投影仪、光功率计和计算机，并通过三脚架固定在一起；计算机用于产生由0、1组成的特定分辨率随机编码矩阵，并负责数据采集结束后的图像复原工作；便携式投影仪将计算机产生的编码图样投射至图片上实现对图像的编码；固定在投影仪上的光功率计充当单像素探测器，用于获取图片反射光的光强作为一次测量结果；步骤二：进行压缩传感测量对于压缩感知理论：y＝Ax，其中：x列向量代表信号，在实际操作中，对应着需要复原的图像；A代表编码矩阵，在实际操作中每一行对应于计算机产生的一个由0、1组成随机编码矩阵，A的行数表示产生的编码矩阵个数；y列向量代表测量结果，每一次测量的反射光强作为y的一个值，它的行数代表测量次数；步骤三：图像复原，确定最终需要得到的图像的分辨率为M*N，其中，M为所需图像像素的行数，N为所需图像像素的列数；确定起始层次的图像分辨率为m*n，其中m为起始图像像素的行数，n为起始图像像素的列数；M,N,m,n均为整数；确定轮廓阈值δ；步骤四：使用计算机生成不同分辨率的编码矩阵，初始分辨率定在m*n，从而获得不同分辨率的随机测量矩阵金字塔M₁,M₂,...,M_k，每个不同分辨率编码矩阵对应于不同分辨率的复原图片I₁,I₂,...,I_k；步骤五:利用L1‑范数优化算法对初始分辨率m*n的图片进行复原，获得第一层分辨率复原图像I₁，初始化循环次数k＝1；步骤六：遍历已恢复的图像上的像素点，获取此分辨率图像的轮廓信息，方法是：遍历复原图像，挑选领域像素个数值大于三并且像素值I_i(x,y)大于轮廓阈值δ的像素点作为第i轮的轮廓信息G_i；步骤七：计算与下一层分辨率之间的步长，确定下一层编码矩阵对应的分辨率，方法是：选取S_i＝G_i/I_i作为i层与i+1之间的自适应步长，即步长S_i是第i轮的轮廓信息G_i与第i轮复原图像像素值I_i的比值；步骤八：计算下一层分辨率的编码矩阵，方法是：计算更新S_i*M_i即步长S_i与第i层分辨率矩阵M_i的乘积作为i+1层的随机编码矩阵M_i+1；步骤九：利用M_i+1结合l₁‑optimization算法获得i+1层复原图像I_i+1，比较其分辨率与M*N的大小，若其分辨率大于等于M*N，则I_i+1为所求复原图像，否则继续步骤六。