基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113709325A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110817757.X(22)申请日2021.07.20(71)申请人辽宁大学地址110000辽宁省沈阳市沈北新区道义南大街58号(72)发明人陈希浩吕瑞兵宋成旭孟少英付强鲍倩倩(74)专利代理机构沈阳杰克知识产权代理有限公司21207代理人王洋(51)Int.Cl.H04N5/217(2011.01)H04N5/232(2006.01)G02B26/08(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法(57)摘要一种基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法。本方法通过对Hadamard调制矩阵序列进行离散余弦变换获得其频域的变换矩阵序列。在频域中对该变换矩阵序列进行低通滤波，再将矩阵序列逆变换回空域。然后利用新矩阵在单像素成像系统中对目标进行调制采样，最后利用压缩感知算法实现在超低采样率下重构目标图像。该方法基于传统被动单像素成像系统，结构简单易于操作，在低于10％的采样率下可以恢复清晰的被测物体图像。相比于Hadamard等其他调制方法，在相同成像质量和物体稀疏度的条件下，本方法所需要的采样率更低。因此，该方法有望在远距离遥感成像等领域具有广泛的应用价值。CN113709325ACN113709325A权利要求书1/1页1.一种基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法，其特征在于，其步骤为：1、预处理:1.1、计算机生成一组正交的Hadamard矩阵H，利用离散余弦变换、傅里叶变换或者小波变换将H矩阵从空域变换到频域中去,变换后的矩阵为H1；1.2、将频域中的矩阵H1进行阈值滤波，舍弃高频系数，保留低频系数，并利用离散余弦逆变换回空域中，变换后的矩阵为H2；1.3、找到步骤1.2中H2矩阵的最小值a、最大值b，让H2矩阵加上|a|并且除以|a|+|b|,变换后的矩阵为1.4、将步骤1.3得到的H3矩阵的各个矩阵元素四舍五入，保留两位小数得到矩阵H4，然后将H4矩阵加载到数字微镜器件(4)中；2、成像处理：2.1、光源(1)经准直扩束系统将光斑覆盖到物体(2)上；2.2、物体(2)反射的光经成像透镜(3)成像到数字微镜器件(4)上，桶探测器(6)通过收集透镜(5)收集经数字微镜器件(4)调制物体后反射出来的总光强S；2.3、用H2调制矩阵重构物体(2)，对桶探测器(6)收集的数据，即总光强S进行处理，处理后的数据为S1＝S*(|a|+|b|)‑|a|*T(x,y)，其中,T(x,y)为物体(2)的反射函数，并将S1传输到计算机中；2.4、利用数据S1和矩阵H2作符合运算，在符合测量系统(7)中重构出目标图像。2.权利要求1中所述的基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法所使用的成像系统，其特征在于，包括光源(1)、目标物体(2)、成像透镜(3)、数字微镜器件(4)、收集透镜(5)、桶探测器(6)和符合测量系统(7)；所述的光源(1)将光斑覆盖到物体(2)上；所述的物体(2)反射的光经成像透镜(3)成像到数字微镜器件(4)上；所述的桶探测器(6)通过收集透镜(5)收集经数字微镜器件(4)调制物体后反射出来的总光强；所述的H2矩阵和S1数据传输到符合测量系统(7)中。3.根据权利要求1所述的一种基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法，其特征在于：所述的1.2中，使高频系数其中保留低频系数其中4.根据权利要求1所述的基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法，其特征在于：所述的光源(1)是氦氖激光光源、热光源、自然光源或人造赝热光源。5.根据权利要求1所述的一种基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法，其特征在于：所述的桶探测器(6)用于收集总光强，总光强为S＝∫I(x1)dx1，其中I(x1)表示在x1处的光强强度。6.根据权利要求1所述的基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法，其特征在于：所述的步骤2.4中，符合运算所用的算法为压缩感知算法，或传统二阶关联算法。2CN113709325A说明书1/3页基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法技术领域[0001]本发明涉及单像素成像技术领域，特别涉及一种基于Hadamard频域变换矩阵阈值滤波的单像素成像方法。背景技术[0002]传统的单像素成像方法利用哈达玛矩阵或随机矩阵作为测量矩阵，其缺点是在低采样率下，成像质量较差，信噪比较低。基于Hadamard矩阵优化排序的单像素成像方法可以有效解决这一问题，但仍存在超低采样率下难以