一种多模光纤单像素成像降噪方法及存储介质.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115018731A(43)申请公布日2022.09.06(21)申请号202210721946.1(22)申请日2022.06.24(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人钟翔田兵兵谷家霖邓华夏马孟超(74)专利代理机构合肥天明专利事务所(普通合伙)34115专利代理师苗娟(51)Int.Cl.G06T5/00(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种多模光纤单像素成像降噪方法及存储介质(57)摘要本发明的一种多模光纤单像素成像降噪方法及存储介质，用于提高多模光纤单像素成像质量。该方法首先利用多模光纤单像素成像系统获取原测量矩阵及原测量值；然后对原测量矩阵和原测量值依次进行差值处理，加权处理，归一化处理以及去均值处理，得到优化测量矩阵和优化测量值，对优化测量矩阵和优化测量值利用压缩感知重构算法恢复目标图像。相比于原始方案中直接对原测量矩阵和原测量值进行去均值处理后压缩重构恢复的图像，使用本发明方法恢复图像具有更好的重建质量。CN115018731ACN115018731A权利要求书1/2页1.一种多模光纤单像素成像降噪方法，其特征在于，包括以下步骤，S1、基于成像系统，获取M行N列的原测量矩阵Ao(Ao∈RM×N)及M行1列的原测量值Yo(Yo∈RM×1)两个原始数据；其中M为采样次数，N为目标图案的像元总数；S2、基于原始成像数据Ao和Yo，对其进行差值处理以去掉原始数据中的时不变噪声值，获取差值测量矩阵Ad和差值测量值Yd；S3、对步骤S2得到的差值测量矩阵Ad和差值测量值Yd进行加权处理，以降低差值测量值中的时变噪声值的占比，获取加权测量矩阵Aa和加权测量值Ya；S4、将步骤S3得到的加权测量矩阵Aa和加权测量值Ya进行归一化处理，以获取归一化测量矩阵An和归一化测量值Yn；S5、对归一化测量矩阵An和归一化测量值Yn进行去均值处理，以获取最终重建图像使用的优化测量矩阵A和优化测量值Y；S6、重建目标图像，对优化测量矩阵A和优化测量值Y利用压缩感知重构算法恢复目标图像。2.根据权利要求1所述的多模光纤单像素成像降噪方法，其特征在于：步骤S2中所述获取差值测量矩阵Ad和差值测量值Yd的公式为：其中Aom为矩阵Ao的第m行的值(Aom∈R1×N)，m的值间于[1,M]之间，Yom为Yo的第m行的值，ones(M,1)表示元素为1的M行1列的列向量。3.根据权利要求1所述的多模光纤单像素成像降噪方法，其特征在于：步骤S3中所述获取加权测量矩阵Aa和加权测量值Ya的公式为：其中k为比例值，值间于0‑1之间，Ad(x,:)为矩阵Ad的第x行的行向量，Yd(x)为Yd的第x行的值。4.根据权利要求1所述的多模光纤单像素成像降噪方法，其特征在于：步骤S4中所述获取归一化测量矩阵An和归一化测量值Yn的公式为：其中‘./’表示点除，ones(1,N)表示元素为1的1行N列的列向量，(Aa)'表示对Aa进行转置，max(*)表示为由矩阵*每列的最大值组成的行向量。5.根据权利要求1所述的多模光纤单像素成像降噪方法，其特征在于：步骤S5中所述获取优化测量矩阵A和优化测量值Y的公式为：2CN115018731A权利要求书2/2页其中An(x)为矩阵An第x行的值表示一个1行N列的行向量，Yn(x)为测量值Yn第x行的值表示一个标量。6.根据权利要求1所述的多模光纤单像素成像降噪方法，其特征在于：所述步骤S6、重建目标图像，对优化测量矩阵A和优化测量值Y利用压缩感知重构算法恢复目标图像包括信噪比计算公式为：其中，(x,y)表示图像中的像素点坐标,R和C分别表示图像的行数和列数，0为理想图像,S为恢复图像。7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。3CN115018731A说明书1/5页一种多模光纤单像素成像降噪方法及存储介质技术领域[0001]本发明涉及压缩多模光纤单像素成像领域，具体涉及一种多模光纤单像素成像降噪方法及存储介质。背景技术[0002]内窥镜是一种多学科的通用成像工具，可以深入探查普通成像工具无法到达的地方。目前，商业内窥镜使用更多还是单模光纤束(SMF)，然而其空间分辨率受限于SMF的数量和SMF中芯的大小。因此，多模光纤(MMF)引起了人们的兴趣和关注，因为它支持更多的光模式传输。然而，由于光纤模式的色散和耦合，通过MMF光纤的光线会在其末端形成斑点图案，在光纤不受外界影响时在相同的调制基下可以得到相似性极高的两张图像，然而，光纤对微振动和微弯曲等干扰极为敏感，