专利名称：一种基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于压缩感知理论的压缩成像系统，属于适用于恶劣环境的成像及可加密压缩成像领域。
技术背景压缩感知理论指出只要信号具有稀疏性或可压缩性，即可以通过一个与稀疏变换基不相关的随机测量矩阵将高维信号投影到一个低维空间上，然后通过求解一个优化问题可以从这些少量投影中重构出原始信号。在该理论框架下，采样频率不再决定于信号的带宽，而取决于信息在信号中的结构和内容；并且压缩感知理论将采样与压缩结合起来，有效的解决了传统信号处理中采样与压缩之间的矛盾。图像信息具有数据量大、带宽宽等特点，为了减小传输图像的信道压力，通常将图像信息进行压缩编码，以减少表示图像的数据量。现有的基于压缩感知的图像处理多属于数字压缩感知领域，即对已采集的图像数字信息利用压缩感知理论进行处理；没有发挥并采样过程中同时实现图像信息压缩(即，压缩成像技术)的优势。现有的少数基于压缩感知理论的压缩成像系统主要采用顺序结构和并行结构，但前者对于较大尺寸图像所需测量时间较长，测量噪声大，实用性差。后者虽然成像速度快，但是成像系统需要提前进行标定，其过程比较复杂，计算量较大；且为实现大尺寸图像成像，其成像系统结构较大，难以实用化。
发明内容本实用新型针对现有技术的压缩感知理论在压缩成像实现中存在的问题和迫切需求，充分发挥压缩感知理论采样过程中同时实现图像信息压缩的优势，提供了一种基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统。本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是本实用新型的基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统，该成像系统包括顺序连接设置的聚焦透镜、数字微镜器件、微透镜阵列和阵列图像传感器，以及控制电路。所述的控制电路由成像模块驱动电路和控制模块电路组成；成像模块驱动电路包括光学控制部分，以及与光学控制部分连接的DMD控制部分和CMOS控制部分；控制模块电路包括与DMD控制部分和CMOS控制部分连接的FPGA时序产生与控制部分，与FPGA时序产生与控制部分连接的DSP运算处理部分和与DSP运算处理部分连接的显示存储部分。本实用新型具有的优点和积极效果是本实用新型根据压缩感知理论，结合张量积理论，将一维压缩感知理论转换为分离式二维压缩感知理论，为实用高效的压缩成像系统提供理论基础。基于二维分离式压缩感知理论，减小了产生和存储随机测量矩阵所需的内存空间，提高了成像系统的实用性，能用于大尺寸图像的压缩成像。本实用新型采用顺序结构，由数字微镜器件DMD实现图像的行信息压缩，由线性CMOS图像传感器实现图像的列信息压缩，能减少成像过程所需的次数，提高成像系统信噪比，可以实现高效实用的压缩成像，可用于恶劣环境成像、加密成像等特殊成像领域。该系统成像速度快、抗干扰能力强、能为恶劣环境成像、加密成像提供新的途径。
图I是本实用新型的分离式二维压缩感知原理图；图2是本实用新型的压缩成像系统光学结构示意图；图3是本实用新型的压缩成像系统控制电路的结构示意图。 图中主要部件符号说明I.聚焦透镜2.数字微镜器件3.微透镜阵列 4.线阵图像传感器。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本实用新型进行详细的说明。本实用新型的基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统，根据压缩感知理论，结合张量积理论，将一维压缩感知理论转换为分离式二维压缩感知理论，为实用高效的压缩成像系统提供理论基础。图I描述了分离式二维压缩感知的原埋设原始图像二维表
达形式为F eji-,随机测量矩阵Φ通过张量积可以表示力,则根据
CS理论，图像随机投影值G为
G — Φχ Φ 1,ΦΧ,ΦΓ eir1"分别为随机行测量局矩阵和随机列测量矩阵。从分
离式二维压缩感知理论可知，随机测量矩阵的存储量从传统CS理论的IB3XH2变成2_，对于大尺寸图像而言，将极大减轻成像系统的处理量，使成像系统更加实用高效。图2是本实用新型的压缩成像系统光学结构示意图；根据图I所示的原理，设计的一种顺序结构的压缩成像系统。如图2所示，本实用新型的成像系统包括顺序连接设置的聚焦透镜I、数字微镜器件DMD2、微透镜阵列3和阵列CMOS图像传感器4。成像系统采用顺序结构，目标图像通过聚焦透镜成像于数字微镜器件DMD上，由构造的随机行测量矩阵控制DMD的微镜角度对图像的行信息进行处理；将获取的行信息通过微透镜阵列聚焦于线阵CMOS图像传感器上，由构造的随机列测量矩阵控制CMOS传感器像素读取对图像的列信息进行处理，至此实现一次成像过程，通过一定次数的成像过程获取图像的压缩信息，完成整个压缩成像。图3是本实用新型的压缩成像系统的控制电路结构示意图，如图3所示，控制电路由成像模块驱动电路和控制模块电路组成；成像模块驱动电路包括光学控制部分，以及与光学控制部分连接的DMD控制部分和CMOS控制部分；控制模块电路包括与DMD控制部分和CMOS控制部分连接的FPGA时序产生与控制部分，与FPGA时序产生与控制部分连接的DSP 运算处理部分和与DSP运算处理部分连接的显示存储部分，以及只读存储器RAM。控制模块电路主要实现压缩成像系统随机测量矩阵的存储与控制时序的产生等功能。
权利要求1.一种基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统，其特征在于该成像系统包括顺序连接设置的聚焦透镜(I)、数字微镜器件(2)、微透镜阵列(3)和阵列图像传感器(4)，以及控制电路。
2.一种基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统，其特征在于所述的控制电路由成像模块驱动电路和控制模块电路组成；成像模块驱动电路包括光学控制部分，以及与光学控制部分连接的DMD控制部分和CMOS控制部分；控制模块电路包括与DMD控制部分和CMOS控制部分连接的FPGA时序产生与控制部分，与FPGA时序产生与控制部分连接的DSP运算处理部分和与DSP运算处理部分连接的显示存储部分。
专利摘要本实用新型公开了一种基于分离式二维压缩感知理论的压缩成像系统。该成像系统采用顺序结构，将图像通过聚焦透镜成像于数字微镜器件DMD，由构造的随机行测量矩阵控制DMD的微镜角度对图像的行信息进行处理；将获取的行信息通过微透镜阵列聚焦于线阵CMOS图像传感器上，由构造的随机列测量矩阵控制CMOS传感器像素读取对图像的列信息进行处理，至此实现一次成像过程，通过一定次数的成像过程获取图像的压缩信息，完成整个压缩成像。该系统成像速度快、抗干扰能力强、能为恶劣环境成像、加密成像提供新的途径。
文档编号H04N5/378GK202772980SQ20122034204
公开日2013年3月6日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者王为 申请人:天津师范大学