单像素成像系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种单像素成像系统及方法，该系统包括：光源、空间光调制器、单像素探测器和图像生成装置；所述光源，用于发射激光；所述空间光调制器，用于基于泽尼克图案作为调制图案对第一光束进行调制；所述单像素探测器，用于基于第二光束获取目标光场的信息；所述图像生成装置，用于基于所述目标光场的信息，生成目标图像。本发明专利技术提供的单像素成像系统及方法，基于空间光调制器采用泽尼克图案对第一光束进行调制，通过单像素探测器输出的目标光场的信息，可以实现目标图像的重建。能够在较少的投影次数的情况下，实现较高质量的成像，提高单像素成像的成像效率。单像素成像的成像效率。单像素成像的成像效率。

【技术实现步骤摘要】
单像素成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及光学成像
，尤其涉及一种单像素成像系统及方法。

技术介绍

[0002]由鬼成像技术发展而来的单像素成像技术，是一种利用随机图案对照明光场或被检测光场进行空间调制，通过关联成像而非空间点扫描的成像技术方案。单像素成像技术的成像原理是首先通过空间光调制技术对空间信息进行编码，再通过单像素探测器对编码后所获得的光信号进行采集，最后通过计算对空间信息进行解码，恢复出物体图像。由于继承了鬼成像中基于随机、统计数学的图像重建机理，基于空间光调制的单像素成像技术面对的主要挑战是成像质量差和成像效率低的问题。其中，空间光调制图案的选择对单像素成像的质量和效率影响甚大。
[0003]目前，单像素成像技术采用的光调制模式，包括随机散斑模式、哈达玛模式和傅立叶模式。与传统的基于随机散斑光调制模式单像素成像技术相比，哈达玛调制模式和傅立叶光调制模式属于确定性正交基，具有利用欠采样数据重构清晰图像实现完美重构的优点，是目前常采用的调制模式。并且傅立叶光调制模式单像素成像技术比哈达玛调制模式的单像素成像技术具有更高的成像效率。尽管如此，傅里叶单像素成像技术仍需要大量的投影图案去提升成像质量，因此，现有技术的成像效率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种单像素成像系统及方法，用以解决现有技术中需要大量投影图案保证成像质量的缺陷，实现成像效率的提高。
[0005]本专利技术提供一种单像素成像系统，包括：光源、空间光调制器、单像素探测器和图像生成装置；
[0006]所述光源，用于发射激光；
[0007]所述空间光调制器，用于基于泽尼克图案作为调制图案对第一光束进行调制；
[0008]所述单像素探测器，用于基于第二光束获取目标光场的信息；
[0009]所述图像生成装置，用于基于所述目标光场的信息，生成目标图像；
[0010]其中，所述目标图像是待成像物体的图像，所述目标光场的信息是所述待成像物体基于入射光产生的反射光的光场信息，所述第二光束为所述单像素探测器的入射光，所述第一光束为所述空间光调制器的入射光。
[0011]根据本专利技术提供的一种单像素成像系统，光路上依次设置所述光源、所述空间光调制器、所述待成像物体和所述单像素探测器，所述单像素探测器和所述图像生成装置连接。
[0012]根据本专利技术提供的一种单像素成像系统，光路上依次设置所述光源、所述待成像物体、所述空间光调制器和所述单像素探测器，所述单像素探测器和所述图像生成装置连接。
[0013]根据本专利技术提供的一种单像素成像系统，还包括飞行时间测量模块；
[0014]所述飞行时间测量模块，用于基于所述单像素探测器输出的所述目标光场的信息进行时域切片，将对应切片时刻的光场信息发送至所述图像生成装置。
[0015]根据本专利技术提供的一种单像素成像系统，所述图像生成装置和所述空间光调制器电连接。
[0016]根据本专利技术提供的一种单像素成像系统，所述空间光调制器包括液晶空间光调制器或者数字微镜器件。
[0017]根据本专利技术提供的一种单像素成像系统，所述单像素探测器包括光电二极管探测器、雪崩光电二极管探测器或者单光子探测器。
[0018]本专利技术还提供一种单像素成像系统的单像素成像方法，包括：
[0019]所述光源发射激光；
[0020]所述空间光调制器基于泽尼克图案作为调制图案对入射的第一光束进行调制；
[0021]所述探测模组元件基于入射的第二光束获取目标光场的信息；
[0022]所述图像生成装置基于所述目标光场的信息，生成目标图像；
[0023]其中，所述目标图像是待成像物体的图像，所述目标光场的信息是所述待成像物体基于入射光产生的反射光的光场信息，所述第二光束为所述单像素探测器的入射光，所述第一光束为所述空间光调制器的入射光。
[0024]根据本专利技术提供的一种单像素成像方法，所述图像生成装置基于所述目标光场的信息，生成目标图像，包括：
[0025]基于所述目标光场的信息，采用二步相移法获取傅里叶频谱；
[0026]基于所述傅里叶频谱，进行傅里叶逆变换，生成目标图像。
[0027]根据本专利技术提供的一种单像素成像方法，所述图像生成装置基于所述目标光场的信息，生成目标图像，包括：
[0028]基于所述对应切片时刻的光场信息，采用二步相移法获取目标傅里叶频谱；
[0029]基于各所述目标傅里叶频谱，按照目标时序进行傅里叶逆变换，生成目标图像。
[0030]本专利技术提供的单像素成像系统及方法，基于空间光调制器采用泽尼克图案对第一光束进行调制，通过单像素探测器输出的目标光场的信息，可以实现目标图像的重建。能够在较少的投影次数的情况下，实现较高质量的成像，提高单像素成像的成像效率。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1是本专利技术提供的单像素成像系统的结构示意图；
[0033]图2是本专利技术提供的单像素成像系统的光路设计结构示意图之一；
[0034]图3是本专利技术提供的单像素成像系统的光路设计结构示意图之二；
[0035]图4是本专利技术提供的单像素成像系统的光路设计结构示意图之三；
[0036]图5是本专利技术提供的单像素成像系统的光路设计结构示意图之四；
[0037]图6是本专利技术实施例的泽尼克图案的示意图；
[0038]图7是本专利技术提供的单像素成像系统的单像素成像方法的流程示意图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
[0041]应当理解，在本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0042]术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单像素成像系统，其特征在于，包括：光源、空间光调制器、单像素探测器和图像生成装置；所述光源，用于发射激光；所述空间光调制器，用于基于泽尼克图案作为调制图案对第一光束进行调制；所述单像素探测器，用于基于第二光束获取目标光场的信息；所述图像生成装置，用于基于所述目标光场的信息，生成目标图像；其中，所述目标图像是待成像物体的图像，所述目标光场的信息是所述待成像物体基于入射光产生的反射光的光场信息，所述第二光束为所述单像素探测器的入射光，所述第一光束为所述空间光调制器的入射光。2.根据权利要求1所述的单像素成像系统，其特征在于，光路上依次设置所述光源、所述空间光调制器、所述待成像物体和所述单像素探测器，所述单像素探测器和所述图像生成装置连接。3.根据权利要求1所述的单像素成像系统，其特征在于，光路上依次设置所述光源、所述待成像物体、所述空间光调制器和所述单像素探测器，所述单像素探测器和所述图像生成装置连接。4.根据权利要求2或者3任一所述的单像素成像系统，其特征在于，还包括飞行时间测量模块；所述飞行时间测量模块，用于基于所述单像素探测器输出的所述目标光场的信息进行时域切片，将对应切片时刻的光场信息发送至所述图像生成装置。5.根据权利要求1所述的单像素成像系统，其特征在于，所述图像生成装置和所述空间光调制器电连接。6.根据权利要求1所述的单像素成...

【专利技术属性】
技术研发人员：吝凯，丁文，张晋京，
申请(专利权)人：北京市水产科学研究所国家淡水渔业工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：