一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法，該方法將壓縮感知技術(shù)(Compressive?Sensing，CS)與均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法相結(jié)合，提出一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法；一方面，該方法采用了均勻加權(quán)的思想，改善了由于光場(chǎng)非均勻性引起的恢復(fù)圖像失真(主要為目標(biāo)物體邊緣信息的丟失)；另一方面，該方法利用了先進(jìn)的壓縮感知信號(hào)處理技術(shù)來重建物體的圖像信息，使用更少的測(cè)量數(shù)據(jù)獲得了物體的信息并同時(shí)提高了成像的質(zhì)量。因此，本方法能大大提高成像的效率和成像質(zhì)量，并有效地解決在關(guān)聯(lián)成像實(shí)際應(yīng)用中光場(chǎng)的非均勻性造成的恢復(fù)圖像失真的問題，從而為關(guān)聯(lián)成像的實(shí)用化提供了有益參考。
【專利說明】一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種引入壓縮感知技術(shù)的均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法，屬于通信信號(hào)處理 及量子光學(xué)交叉【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 關(guān)聯(lián)成像又稱為鬼成像（Ghost Imaging，GI)，是利用統(tǒng)計(jì)平均或單光子意義上的 光場(chǎng)漲落，通過測(cè)量輻射場(chǎng)的高階統(tǒng)計(jì)量（如關(guān)聯(lián)函數(shù)），獲取目標(biāo)物體的圖像及控制圖像 質(zhì)量的一種新型成像技術(shù)，能夠解決一些運(yùn)用傳統(tǒng)成像技術(shù)難以獲得清晰圖像的問題，具 有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 在傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)成像研究中，認(rèn)為投射到物體上的光場(chǎng)強(qiáng)度分布是均勻或準(zhǔn)均勻分 布的。然而，在很多實(shí)際關(guān)聯(lián)成像應(yīng)用中，光場(chǎng)具有非均勻的強(qiáng)度分布。光場(chǎng)的非均勻分布 將使得恢復(fù)出的圖像產(chǎn)生失真或變形。為解決這個(gè)問題，Li Hu等人提出了均勻加權(quán)的解決 方案，即均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方案（Uniformly Weighted Ghost Imaging, UWGI)。這種方法通 過對(duì)空間分辨率探測(cè)器CCD記錄的光場(chǎng)強(qiáng)度分布做均勻加權(quán)，能夠改善光場(chǎng)的非均勻性帶 來的恢復(fù)圖像失真問題，主要是物體邊緣信息的丟失問題。然而，盡管均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方 案能夠改善實(shí)際應(yīng)用中光場(chǎng)非均勻分布帶來的影響，但其重建的圖像質(zhì)量仍有很大的提升 空間，同時(shí)該方法還面臨數(shù)據(jù)量大、重建時(shí)間長、所需物理存儲(chǔ)較多等問題，因此不利于實(shí) 際的應(yīng)用?？紤]到基于壓縮感知的關(guān)聯(lián)成像能夠大大減小測(cè)量次數(shù)，降低成像時(shí)間，以及提 升成像質(zhì)量。因此，本發(fā)明將壓縮感知技術(shù)與均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法相結(jié)合，提出一種針對(duì) 非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法（Compressive Uniformly Weighted Ghost Imaging，CUWGI)，能夠減少測(cè)量次數(shù)，降低成像時(shí)間，更有效地克服了光場(chǎng)非均勻性帶來的 圖像恢復(fù)失真問題，有利于推廣熱關(guān)聯(lián)成像在實(shí)際中應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像的實(shí)現(xiàn) 方法，該方法通過采用均勻加權(quán)的方法，能夠改善實(shí)際應(yīng)用中光場(chǎng)的非均勻性造成的恢復(fù) 圖像失真；此外，該方法利用先進(jìn)的壓縮感知信號(hào)處理技術(shù)來重建物體的圖像信息，從而能 用更少的測(cè)量數(shù)據(jù)獲得物體的信息，同時(shí)大大提高成像的質(zhì)量。因此，本發(fā)明可以顯著地改 善光場(chǎng)非均勻性帶來的影響，且快速高質(zhì)量地重建物體圖像信息，為關(guān)聯(lián)成像的實(shí)用化提 供了參考方法。
[0005] 本發(fā)明的方法是一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法，該方法 包括以下步驟：
[0006] 步驟一：建立如圖1所示一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方 法；利用關(guān)聯(lián)成像裝置分別在信號(hào)光路和參考光路進(jìn)行Μ次測(cè)量，得到和L(x，y)等數(shù) 據(jù)，其中M〈N，N = ηΧη為目標(biāo)物體的大小。對(duì)C⑶測(cè)量得到的光強(qiáng)分布做均勻加權(quán)處理， 得到新的光強(qiáng)分布 Γ j(x，y)=Ij(x，y)/〈Ij(x，y)〉；
[0007] 步驟_:將目標(biāo)物體在尚散余弦基或尚散小波變換基等稀疏基下稀疏化；
[0008] 步驟三：構(gòu)造壓縮感知重建算法的測(cè)量矩陣。將Μ次測(cè)量得到的光強(qiáng)度分布 I'j(x，y)轉(zhuǎn)化為Μ個(gè)Ν維行向量，并構(gòu)造為大小為ΜΧΝ的壓縮感知測(cè)量矩陣Φ ;
[0009] 步驟四：構(gòu)造壓縮感知重建算法的測(cè)量向量。將構(gòu)造測(cè)量矩陣時(shí)所對(duì)應(yīng)的Μ個(gè)桶 探測(cè)值Sj依次排列，構(gòu)成壓縮感知重建算法中的測(cè)量值向量y ;
[0010] 步驟五：利用壓縮感知重建方法，獲得目標(biāo)物體的恢復(fù)圖像，滿足關(guān)系：
[0011] Sj = / r j(x,y)r (x,y)dxdy
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法，其特征在于，所述方法包 括如下步驟： 步驟一：利用關(guān)聯(lián)成像裝置分別在信號(hào)光路和參考光路進(jìn)行Μ次測(cè)量，得到Sj和 Ij-U，y)數(shù)據(jù)，其中，M〈N，N = ηΧη為目標(biāo)物體的大小；對(duì)CCD測(cè)量得至繼光強(qiáng)分布做均勻 加權(quán)處理，得到新的光強(qiáng)分布Γ j(x，y)=Ij(x，y)/〈Ij(x，y)〉； 步驟二：將目標(biāo)物體在離散余弦基或離散小波變換基等稀疏基下稀疏化； 步驟三：構(gòu)造壓縮感知重建算法的測(cè)量矩陣；將Μ次測(cè)量得到的光強(qiáng)度分布I'_(x，y) 轉(zhuǎn)化為Μ個(gè)N維行向量，并構(gòu)造為大小為MXN的壓縮感知測(cè)量矩陣Φ ; 步驟四：構(gòu)造壓縮感知重建算法的測(cè)量向量；將構(gòu)造測(cè)量矩陣時(shí)所對(duì)應(yīng)的Μ個(gè)桶探測(cè) 值Sj依次排列，構(gòu)成壓縮感知重建算法中的測(cè)量值向量y ; 步驟五：利用壓縮感知重建方法，獲得目標(biāo)物體的恢復(fù)圖像，滿足關(guān)系： Sj = / Γ , (x, y)T' (x, y)dxdy
Τ' （x, y) =〈Ι』(χ，y)〉T(x, y)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方法，其 特征在于：所述方法以贗熱光源關(guān)聯(lián)成像為基礎(chǔ)，對(duì)非均勻光場(chǎng)進(jìn)行均勻加權(quán)處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種針對(duì)非均勻光場(chǎng)的壓縮感知均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像方 法，其特征在于：所述方法是在均勻加權(quán)關(guān)聯(lián)成像的基礎(chǔ)上引入壓縮感知技術(shù)。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK104159048SQ201410357652
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】趙生妹, 仲亞軍, 李欣禹 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)