[发明专利]一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法及装置

摘要

本发明提出了一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法及装置。将空间域压缩成像技术与时间域压缩成像技术相结合，利用数字微镜器件DMD，使目标光信息在空域调制的同时进行时域调制，而探测器只需接收经过时、空域调制后的低速低分辨率图像。最后使用恢复算法从调制图像中恢复原高速高分辨率图像。本发明方法能够同时扩展相机的空间分辨率和时间分辨率，在不改变相机的前提下获得更高时间分辨率和空间分辨率的图像序列。同时，时空域压缩成像具有很高的压缩比，可以显著的减少采集的数据量，降低高速高分辨率视频对传输带宽的要求，使高速高分辨率成像系统成本更低且更易实现。

主权项

1.一种采用DMD的并行时空域联合压缩成像方法，其特征在于：/n步骤一：运动的目标或动态场景通过光学系统成像到数字微镜阵列DMD上，得到动态光信息；/n将运动目标或动态场景拆分为多帧连续微小变化的原始图像X，并将其按顺序分为n组，每组图像数量一致；若有剩余图像且不足一组，则舍弃剩余图像；每组中图像间差异极小，则认为每组中图像相同；n组图像即共有n帧待测图像；/n步骤二：生成时空域调制模板并使用时空域调制模板对目标进行调制；/n生成时空域调制模板；因为DMD加载二值模板的速度最快，则使用随机二值矩阵作为调制模板，生成随机二值矩阵C∈R^m×n×k作为调制模板，其中R表示实数集，上标m×n×k表示数据维度；k表示模板个数；m、n表示模板的尺寸，同时也是待恢复的高分辨率图像的尺寸；/n然后利用调制模板对目标进行调制；将调制模板加载到DMD上，使DMD按照设定的模板对入射光进行调制，调制结果记为Y_tem，数学表示如下：/nY_temⁱ＝Cⁱ⊙Xⁱ，i＝1，2，...，k (1)/n式中，上标i表示图像或模板第几帧，即，Xⁱ表示第i帧原图，Cⁱ表示第i个模板，Y_temⁱ表示第i帧调制图像；⊙表示矩阵的点乘；/n步骤三：成像系统将调制后的光信息成像到相机探测阵列上；由于DMD的分辨率高于相机，因此需要将多个微镜反射的光线聚焦到相机的一个像素点上，以实现降采样，即空域压缩；/n记相机采集的低分辨率图分辨率为md×nd，空域压缩(即空域下采样)是将调制后的调制图像Y_tem下采样为空域下采样图像Y_mid，数学表示如下：/n /n式中，上标i含义与上文相同，下标r、s分别表示调制图像Y_tem的行、列坐标，即表示调制图像Y_tem的第i帧图像在第r行第s列处的值；r、s的值为：/nr＝(p-1)×d+1：p×d (3)/ns＝(q-1)×d+1：q×d (4)/np、q分别表示矩阵Y_mid内数据的行、列坐标，取值范围为p＝1，2，...，md，p＝1，2，...，nd；表示空域下采样图像Y_mid的第i帧图像在第p行第q列处的值；d表示空域压缩比；冒号：表示从前一个数开始递增，步长为1，直至后一个数为止，如z1：z2＝z1，z1+1，z1+2，...，z2-1，z2；/n步骤四：相机在一个周期内对入射到相机探测单元上的光进行积分，以实现时域压缩，最终得到空域、时域均降采样后的图像；/n时域压缩后获得最终采集到的压缩图像Y，数学表示为：/n /n式中，i的含义与上文相同，Y_midⁱ表示空域下采样图像Y_mid的第i帧；/n相机采集数据的时间应和DMD加载模板的时间对应，即需要控制模块发出触发信号控制DMD和相机的动作同步；/n步骤五：使用恢复算法对步骤四压缩后的低分辨率积分图像进行恢复，得到高分辨率图像。/n