一种基于混沌压缩编码的光学综合孔径成像系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学综合孔径成像领域，特别涉及一种基于混沌压缩编码的光学综合 孔径成像系统及方法，属于被动辐射探测、遥感和侦察领域。
【背景技术】
[0002] 随着航天遥感技术的不断发展，高分辨率光学遥感器已成为各国争先研制的目 标，以满足军事侦查详查等需要。而根据角分辨率公式：^^(1为中心波 长，U为孔径直径)，当波长一定时，分辨率越高，要求空间光学系统的口径越大，但在实际 应用中口径的增大受到材料、制造工艺、机械结构、有效载荷舱体积以及成本等诸多因素的 限制。光学综合孔径成像系统采用易制造的小口径光学元件或光学系统来合成大口径系 统，是实现超大口径、甚高分辨率空间光学遥感器的有效途径和发展方向之一。
[0003] 压缩感知（CompressedSensing,CS)理论是一种利用信号稀疏性或可压缩性的全 新的信号采样理论。该理论指出，对于稀疏或可压缩信号，可以以低于甚至远低于奈奎斯特 采样速率对其采样而不损失信号的细节。从应用角度考虑来看，CS理论将图像获取端的成 本转移到了后端图像重构端，即以软件效率换取硬件成本。将CS理论引入光学综合孔径遥 感成像系统中，能够用比香农/奈奎斯特采样定理少得多的采样数据完全重构出信号，因 此，可以减少采样时间，减少信号处理时间，降低计算成本，降低数据存储和传输代价，提高 成像速度；同时，降低对后端光电探测器的分辨率要求，从而降低成本。
[0004]CS理论的光学实现方法有两种，一种是顺序处理，如美国Rice大学Baraniuk 等人研制出的单像素相机（SM《Singlepixelimagingviacompressivesampling. IEEESignalProcessingMagazine, 2008，25(2): 83~91》），该系统采用数字微镜器 件DMD对成像目标进行编码，但是需要连续采样投影滅欠才能获得重构图像所需的全部 测量值，成像时间长，不适于遥感应用。另一种是并行处理，如基于编码孔径的压缩成像 (参见〈〈Compressivecodedaperturesuperresolutionimagereconstruction.IEEE InternationalConferenceonAcoustics,SpeechandSignalProcessing, 2008, 833~836》），基于随机卷积编码的压缩成像（参见《CMOScompressedsensingbyrandom convolution.IEEEInternationalConferenceonAcoustics,SpeechandSignal Processing，2009，19~24》)，并行处理的方法采用编码的方式实现图像的压缩采样，只需 一次即可得到全部测量值，更适于对动目标进行快速成像。现有专利(一种基于压缩感知 的稀疏孔径成像系统及方法，201310329810. 7)将压缩感知理论应用于稀疏孔径成像系统 中，采用空间光调制器对光场做随机调制后会聚到点探测器，多次映射获得全部测量值，属 于顺序处理。目前基于压缩感知并行处理的光学综合孔径成像系统尚未有文献报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：如何实现快速、低成本的光学综合孔径成像系统 中的压缩成像 本发明所采用的技术方案是：一种基于混沌压缩编码的光学综合孔径成像系统，包括 光学综合孔径子系统、混沌压缩编码子系统和探测成像子系统，光学综合孔径子系统负责 接收目标辐射光波，混沌压缩编码子系统对目标辐射光波进行混沌相位调制和随机采样， 调制采样后的光波最终被探测成像子系统探测并输入到计算机中进行高分辨率图像重构 和显示。
[0006] 多个小口径望远镜组成的望远镜阵列接收目标辐射的光波，光束变换单元调整光 路使光波会聚在光束合成透镜上，用于实现光学综合孔径的直接成像，光束合成透镜焦平 面上放置空间光调制器，空间调制器根据混沌相位编码调制矩阵对光场做混沌相位调制， 调制后的光线经过一个傅里叶变换透镜后，再通过混沌稀疏采样掩膜板进行光线的随机采 样，最终在光电探测器上记录出射光场。将光电探测器采集到的光场强度信号与构造混沌 相位编码调制矩阵和混沌稀疏采样矩阵的参数送入计算机进行高分辨率图像重构和显示。
[0007] 本发明提供的基于混沌压缩编码的光学综合孔径成像系统包括光学综合孔径子 系统、混沌压缩编码子系统和探测成像子系统；各所述子系统工作如下：光学综合孔径子 系统负责接收目标辐射光波，混沌压缩编码子系统对目标辐射光波进行混沌相位调制和随 机采样，调制采样后的光波最终被探测成像子系统探测并输入到计算机中进行高分辨率图 像重构和显示。
[0008] 所述光学综合孔径子系统由望远镜阵列、光束变换单元、光束合成透镜组成；望远 镜阵列接收携带目标信息的辐射光波，每个子望远镜的主镜和次镜共焦，使出射光波为平 行光，各平行光波经过光束变换单元后分别与原光束平行，构成与原光束等比列缩小的平 行光束，最后会聚到光束合成透镜上。
[0009] 所述望远镜阵列包括至少三个望远镜；所述光束变换单元包括至少三个反射镜 组，每个反射镜组包含四个全反镜；一子望远镜，一反射镜组构成一条光路，各条光路上入 射的光信号分别入射到所述光束合成透镜上。
[0010] 所述混沌压缩编码子系统由空间光调制器、傅里叶变换透镜和混沌稀疏采样掩膜 板组成；空间光调制器根据混沌相位编码调制矩阵对光束合成透镜焦平面的入射光场做混 沌相位调制，调制后的光线经过傅里叶变换透镜后，照射到混沌稀疏采样掩膜板，获得经过 随机米样的透射光场。
[0011] 所述探测成像子系统由光电探测器和计算机组成；光电探测器记录混沌压缩编码 子系统的出射光场，将光电探测器采集到的光场强度信号与构造混沌相位编码调制矩阵和 混沌稀疏采样矩阵的参数送入计算机进行高分辨率图像重构和显示。
[0012] 所述光学综合孔径子系统中所述望远镜阵列结构包括：Golay结构、三臂结构、环 形结构、环面结构； 所述子望远镜结构包括：折射式望远镜、反射式望远镜； 所述空间光调制器采用透射型数字微透镜阵列或透射型液晶光阀中的任意一种；其分 辨率由期望的高分辨率图像的分辨率决定，若高分辨率图像的分辨率为《X/7,则所述空间 光调制器的分辨率为《X/7。
[0013] 所述空间光调制器加载的混沌相位编码调制矩阵按如下方式产生： 1)设所述空间光调制器（4)的分辨率为/7X/7,构造IX麟|(A&/7X/7)混沌序列
【主权项】
1. 一种基于混沌压缩编码的光学综合