專利名稱：一種基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)，屬于適用于惡劣環(huán)境的成像及可加密壓縮成像領(lǐng)域。
技術(shù)背景壓縮感知理論指出只要信號(hào)具有稀疏性或可壓縮性，即可以通過一個(gè)與稀疏變換基不相關(guān)的隨機(jī)測量矩陣將高維信號(hào)投影到一個(gè)低維空間上，然后通過求解一個(gè)優(yōu)化問題可以從這些少量投影中重構(gòu)出原始信號(hào)。在該理論框架下，采樣頻率不再?zèng)Q定于信號(hào)的帶寬，而取決于信息在信號(hào)中的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容；并且壓縮感知理論將采樣與壓縮結(jié)合起來，有效的解決了傳統(tǒng)信號(hào)處理中采樣與壓縮之間的矛盾。圖像信息具有數(shù)據(jù)量大、帶寬寬等特點(diǎn)，為了減小傳輸圖像的信道壓力，通常將圖像信息進(jìn)行壓縮編碼，以減少表示圖像的數(shù)據(jù)量?，F(xiàn)有的基于壓縮感知的圖像處理多屬于數(shù)字壓縮感知領(lǐng)域，即對(duì)已采集的圖像數(shù)字信息利用壓縮感知理論進(jìn)行處理；沒有發(fā)揮并采樣過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)圖像信息壓縮(即，壓縮成像技術(shù))的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有的少數(shù)基于壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)主要采用順序結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)，但前者對(duì)于較大尺寸圖像所需測量時(shí)間較長，測量噪聲大，實(shí)用性差。后者雖然成像速度快，但是成像系統(tǒng)需要提前進(jìn)行標(biāo)定，其過程比較復(fù)雜，計(jì)算量較大；且為實(shí)現(xiàn)大尺寸圖像成像，其成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較大，難以實(shí)用化。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的壓縮感知理論在壓縮成像實(shí)現(xiàn)中存在的問題和迫切需求，充分發(fā)揮壓縮感知理論采樣過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)圖像信息壓縮的優(yōu)勢(shì)，提供了一種基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)。本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括順序連接設(shè)置的聚焦透鏡、數(shù)字微鏡器件、微透鏡陣列和陣列圖像傳感器，以及控制電路。所述的控制電路由成像模塊驅(qū)動(dòng)電路和控制模塊電路組成；成像模塊驅(qū)動(dòng)電路包括光學(xué)控制部分，以及與光學(xué)控制部分連接的DMD控制部分和CMOS控制部分；控制模塊電路包括與DMD控制部分和CMOS控制部分連接的FPGA時(shí)序產(chǎn)生與控制部分，與FPGA時(shí)序產(chǎn)生與控制部分連接的DSP運(yùn)算處理部分和與DSP運(yùn)算處理部分連接的顯示存儲(chǔ)部分。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型根據(jù)壓縮感知理論，結(jié)合張量積理論，將一維壓縮感知理論轉(zhuǎn)換為分離式二維壓縮感知理論，為實(shí)用高效的壓縮成像系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)?；诙S分離式壓縮感知理論，減小了產(chǎn)生和存儲(chǔ)隨機(jī)測量矩陣所需的內(nèi)存空間，提高了成像系統(tǒng)的實(shí)用性，能用于大尺寸圖像的壓縮成像。本實(shí)用新型采用順序結(jié)構(gòu)，由數(shù)字微鏡器件DMD實(shí)現(xiàn)圖像的行信息壓縮，由線性CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)圖像的列信息壓縮，能減少成像過程所需的次數(shù)，提高成像系統(tǒng)信噪比，可以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)用的壓縮成像，可用于惡劣環(huán)境成像、加密成像等特殊成像領(lǐng)域。該系統(tǒng)成像速度快、抗干擾能力強(qiáng)、能為惡劣環(huán)境成像、加密成像提供新的途徑。

圖I是本實(shí)用新型的分離式二維壓縮感知原理圖；圖2是本實(shí)用新型的壓縮成像系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的壓縮成像系統(tǒng)控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中主要部件符號(hào)說明I.聚焦透鏡2.數(shù)字微鏡器件3.微透鏡陣列 4.線陣圖像傳感器。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型的基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)，根據(jù)壓縮感知理論，結(jié)合張量積理論，將一維壓縮感知理論轉(zhuǎn)換為分離式二維壓縮感知理論，為實(shí)用高效的壓縮成像系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。圖I描述了分離式二維壓縮感知的原埋設(shè)原始圖像二維表
達(dá)形式為F eji-,隨機(jī)測量矩陣Φ通過張量積可以表示力,則根據(jù)
CS理論，圖像隨機(jī)投影值G為
G — Φχ Φ 1,ΦΧ,ΦΓ eir1"分別為隨機(jī)行測量局矩陣和隨機(jī)列測量矩陣。從分
離式二維壓縮感知理論可知，隨機(jī)測量矩陣的存儲(chǔ)量從傳統(tǒng)CS理論的IB3XH2變成2_，對(duì)于大尺寸圖像而言，將極大減輕成像系統(tǒng)的處理量，使成像系統(tǒng)更加實(shí)用高效。圖2是本實(shí)用新型的壓縮成像系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；根據(jù)圖I所示的原理，設(shè)計(jì)的一種順序結(jié)構(gòu)的壓縮成像系統(tǒng)。如圖2所示，本實(shí)用新型的成像系統(tǒng)包括順序連接設(shè)置的聚焦透鏡I、數(shù)字微鏡器件DMD2、微透鏡陣列3和陣列CMOS圖像傳感器4。成像系統(tǒng)采用順序結(jié)構(gòu)，目標(biāo)圖像通過聚焦透鏡成像于數(shù)字微鏡器件DMD上，由構(gòu)造的隨機(jī)行測量矩陣控制DMD的微鏡角度對(duì)圖像的行信息進(jìn)行處理；將獲取的行信息通過微透鏡陣列聚焦于線陣CMOS圖像傳感器上，由構(gòu)造的隨機(jī)列測量矩陣控制CMOS傳感器像素讀取對(duì)圖像的列信息進(jìn)行處理，至此實(shí)現(xiàn)一次成像過程，通過一定次數(shù)的成像過程獲取圖像的壓縮信息，完成整個(gè)壓縮成像。圖3是本實(shí)用新型的壓縮成像系統(tǒng)的控制電路結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，控制電路由成像模塊驅(qū)動(dòng)電路和控制模塊電路組成；成像模塊驅(qū)動(dòng)電路包括光學(xué)控制部分，以及與光學(xué)控制部分連接的DMD控制部分和CMOS控制部分；控制模塊電路包括與DMD控制部分和CMOS控制部分連接的FPGA時(shí)序產(chǎn)生與控制部分，與FPGA時(shí)序產(chǎn)生與控制部分連接的DSP 運(yùn)算處理部分和與DSP運(yùn)算處理部分連接的顯示存儲(chǔ)部分，以及只讀存儲(chǔ)器RAM?？刂颇K電路主要實(shí)現(xiàn)壓縮成像系統(tǒng)隨機(jī)測量矩陣的存儲(chǔ)與控制時(shí)序的產(chǎn)生等功能。
權(quán)利要求1.一種基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)，其特征在于該成像系統(tǒng)包括順序連接設(shè)置的聚焦透鏡(I)、數(shù)字微鏡器件(2)、微透鏡陣列(3)和陣列圖像傳感器(4)，以及控制電路。
2.一種基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)，其特征在于所述的控制電路由成像模塊驅(qū)動(dòng)電路和控制模塊電路組成；成像模塊驅(qū)動(dòng)電路包括光學(xué)控制部分，以及與光學(xué)控制部分連接的DMD控制部分和CMOS控制部分；控制模塊電路包括與DMD控制部分和CMOS控制部分連接的FPGA時(shí)序產(chǎn)生與控制部分，與FPGA時(shí)序產(chǎn)生與控制部分連接的DSP運(yùn)算處理部分和與DSP運(yùn)算處理部分連接的顯示存儲(chǔ)部分。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于分離式二維壓縮感知理論的壓縮成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)采用順序結(jié)構(gòu)，將圖像通過聚焦透鏡成像于數(shù)字微鏡器件DMD，由構(gòu)造的隨機(jī)行測量矩陣控制DMD的微鏡角度對(duì)圖像的行信息進(jìn)行處理；將獲取的行信息通過微透鏡陣列聚焦于線陣CMOS圖像傳感器上，由構(gòu)造的隨機(jī)列測量矩陣控制CMOS傳感器像素讀取對(duì)圖像的列信息進(jìn)行處理，至此實(shí)現(xiàn)一次成像過程，通過一定次數(shù)的成像過程獲取圖像的壓縮信息，完成整個(gè)壓縮成像。該系統(tǒng)成像速度快、抗干擾能力強(qiáng)、能為惡劣環(huán)境成像、加密成像提供新的途徑。
文檔編號(hào)H04N5/378GK202772980SQ20122034204
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者王為 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)