(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210700512.3 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 西安电子科技大 学广州研究院 地址 510000 广东省广州市黄埔区中新知 识城海丝中心B5、 B6、 B7栋 申请人 广州市丰海科技股份有限公司 (72)发明人 肖潇　李疆　陈睿　胡晓鹏　杨俊　 (74)专利代理 机构 广东省中源正拓专利代理事 务所(普通 合伙) 44748 专利代理师 朱靖华 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) (54)发明名称 一种单次测量的压缩感知超分辨率成像系 统及其成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种单次测量的压缩感知超 分辨率成像系统及其成像方法， 包括与探测镜头 依次连接的傅里叶透镜、 空间光调制器、 逆傅里 叶透镜和哈特曼传感器； 本发明还公开了一种单 次测量的压缩感知超分辨率 成像方法； 本发明通 过依次设置有傅里叶透镜、 空间光调制器、 逆傅 里叶透镜和哈特曼传感器； 使用空间光调制器对 入射光场信号进行随机相位调制， 扩展信号空间 带宽积， 并结合稀疏选择机制， 能在不增加探测 器阵元数的条件 下， 仅仅经过一次曝光测量就可 以重建远大于 探测器像元数的高分辨 率图像。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115277997 A 2022.11.01 CN 115277997 A 1.一种单次测量的压缩感知超分辨率成像系统， 其特征在于， 包括与探测镜头依次连 接的傅里叶透 镜、 空间光调制器、 逆傅里叶透 镜和哈特 曼传感器。 2.一种单次测量的压缩感知超分辨 率成像方法,其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 对进入探测镜 头的原始高分辨 率图像进行傅里叶变换， 得到图像的频域信号； S2： 将傅里叶变换后频域信号通过一个空间光学调制器， 在通过它各个像素的频域信 号上加入一个预先设置好的随机相位， 经过随机相位调制后的信号为 其中随机 相位调制设置为一个 维矩阵 其各元素为exp( ‑j π θ(k,j)), θ(k,j)为[‑1,1]均匀分 布的随机变量， 定义任意两个相同维数矩阵之间的运算 ⊙为它们相应元素 的乘积； S3： 对相位调制后的信号进行逆傅里叶变换， 其光信号为 其中F‑1 表示逆Fourier变换； S4： 使用哈特曼传感器测量逆傅里叶变换后光信号的强度和相位， 哈特曼传感器中的 探测器的分辨率小于光学方法成像的分辨率， 探测器的位置可以随机地放在光场内的任何 一个位置， 同时探测器的边界不出光场的像面； S5： 对采集到的强度和相位信息使用稀疏重建算法重建原始光学方法的高分辨率图 像， 重建原 始图像的分辨 率达到探测器的4～16倍。 3.根据权利要求2所述的一种单次测量的压缩感知超分辨率成像方法,其特征在于， S1 中， 进入系统后将入射光线离散化信号为x， 信号维度为 维， 经过Fourier变换透 镜后为F(x)。 4.根据权利要求2所述的一种单次测量的压缩感知超分辨率成像方法,其特征在于， S5 中， 将ΔS列向量化， 稀疏表示基函数可以选用haar小波基， 恢复算法可以选用正交匹配追 踪或者L1算法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115277997 A 2一种单次测量的压缩感知超分辨 率成像系统及其 成像方法 技术领域 [0001]本发明涉及压缩感知技术领域， 具体涉及 一种单次测量的压缩 感知超分辨率成像 系统及其成像方法。 背景技术 [0002]Nyquist采样定理指出： 为避免信息丢失， 实现无失真恢复原始信号， 采样率至少 要两倍于信号带宽。 所以模拟信号的数字化往往需要很高的采样率。 随着人们对光学成像 方法的分辨率的要求越来越高， 对于传感器的性能和硬件处理能力提出了更高的要求， 例 如在消费电子领域由一开始百万像素级的数码相机的出现到现在的千万级像素的普及， 越 来越多的海量的像素信息的分析和处理是一个极大的挑战。 而另一方面， 在实际应用中， 为 了降低存储、 处理和传输的成本， 常采用压缩方式以较少的关键系数信息表示信号， 大量的 非重要的数据被抛 弃， 这种高采样再压缩的过程浪费了大量的采样资源。 [0003]如果信号本身是可以压缩的， 能否直接采样压缩数据， 用远低于奈奎斯特采样定 理要求的速率采样信号， 同时又可以完全恢复信号； 压缩感知为解决上述问题提供了全新 的理论框架， 压缩采样核心思想是将压缩与采样合并进行， 使用与压缩基不相关的观测矩 阵将信号投影到低维信号上， 通过采集少量的信号投影值就可实现信号的准确或近似重 构， 其优点在于信号的投影测量数据量远远小于传统采样方法所获的数据量， 突破了香农 采样定理的瓶颈， 使得使用低分辨率的传感器获取高分辨率的信号成为可能， 信号的采样 率不再取决于信号的带宽， 而取决于信号的稀疏度。 [0004]目前压缩感知已经被应用到光学成像， 雷达， 无线通信等很多领域， 在压缩传感 中， 一个非常重要的问题就是测量矩阵的设计， 研究表明传感矩阵必须满足约束等距性条 件， 即测量矩阵应满足以下特征： 1)其列向量满足一定的线性独立性； 2)其列向量体现某种 类似噪声的独立随机性； 目前常见的能使传感矩阵满足约束等距性的测量矩阵包括高斯矩 阵， 一致球矩阵、 二值随机矩阵、 局部傅立叶矩阵、 局部哈达玛矩阵 以及托普利兹矩阵等， 最 著名的美国RICE大学的 “单像素”压缩数码照相机利用的就是二值随机矩阵， 随机矩阵重 建 的性能比较好。 但是目前所有使用随机测量矩阵的压缩感知成像方法中存在的普遍问题如 下： [0005]1、 随机矩阵的硬件难于实现， 例如美国RICE大学的 “单像素”压缩数码照相机， 其 设计原理是通过光路将成像目标投影到一个数字微镜器件(DMD)上,其反射光由透镜聚焦 到单个光敏探测器上,数字微镜器件由数字电压信号控制微镜片的机械运动以实现对入射 光线的调整,相当于产生0 ‑1随机测量矩阵， 其 光路方法结构和微镜控制都比较复杂； [0006]2、 实时性比较差， 难以满足实际需求， 在随机观测矩阵中为了重构原始高分辨率 图像， 需要重复测量M(M＞＞1)次， 在许多应用场景中都有运动目标的出现， 尤其对于实时 运动场景成像， 多次测量是绝对不允许的。说　明　书 1/4 页 3 CN 115277997 A 3