一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法及裝置，尤其涉及一種基于CMOS圖像傳感器隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法及裝置，屬于光電技術領域。
【背景技術】
[0002]壓縮感知(Compressed Sensing, CS)理論充分利用信號的可壓縮性實現(xiàn)信號采集和編解碼。在信號滿足可壓縮性的前提下，壓縮感知將信號采樣與壓縮相結合，可在低數(shù)據(jù)量的條件下實現(xiàn)精確信息重建。因此，基于壓縮感知理論的光電成像技術可實現(xiàn)壓縮感知成像，降低對光電成像系統(tǒng)存儲器和傳輸帶寬的要求，具有廣泛的應用前景。
[0003]目前，典型的壓縮感知光電成像系統(tǒng)主要原理及特性包括:(1)單像素壓縮感知成像系統(tǒng)。單像素壓縮感知成像系統(tǒng)主要通過光路系統(tǒng)將成像目標投影至數(shù)字微鏡器件(DMD, Digital Micromirror Device)，經(jīng)由DMD反射的入射光由透鏡會聚于單個光敏二極管，并產生測量值。將此投影操作重復M次(M多KlogN)，得到M個觀測值。而后，采用壓縮感知圖像重算法重建出原始圖像信息。由于DMD的價格昂貴，導致單像素壓縮感知成像系統(tǒng)的成本相對較高。同時，由于DMD及其控制組件的體積、功耗相對較大，難以實現(xiàn)壓縮感知光電成像系統(tǒng)的微小型化和低功耗。(2)基于編碼孔徑的壓縮感知成像系統(tǒng)。此類系統(tǒng)通過在光學系統(tǒng)入瞳處設置編碼孔徑模板實現(xiàn)圖像的壓縮采樣，通過設計適當?shù)目讖骄幋a模板實現(xiàn)圖像的壓縮成像。此類成像系統(tǒng)的投影矩陣標定工作量巨大，同時存在一些尚未明確的理論問題，導致其系統(tǒng)的實現(xiàn)難度相對較大。(3)基于隨機反射鏡的壓縮感知成像系統(tǒng)。此類成像系統(tǒng)基于隨機拼接的反光鏡實現(xiàn)隨機投影矩陣功能，進而實現(xiàn)壓縮感知成像。與基于編碼孔徑的壓縮成像類似，基于隨機反射鏡的壓縮感知成像系統(tǒng)同樣存在投影矩陣標定難的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術存在的功耗高、成本高、標定難等問題，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法及裝置，基于CMOS圖像傳感器隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)壓縮感知光電成像系統(tǒng)的微小型化和低功耗，并可降低系統(tǒng)的成本和實現(xiàn)難度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明公開的一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法，具體實現(xiàn)方法包括如下步驟:
[0007]步驟一:在FPGA模塊中產生M個隨機矩陣。所述矩陣的行、列數(shù)與CMOS圖像傳感器的分辨率對應，由隨機產生“O”和“ I”構成；
[0008]步驟二:CM0S成像模塊進行光電成像。依據(jù)步驟一所產生M個隨機矩陣，F(xiàn)PGA模塊控制CMOS成像模塊輸出特定位置像素的光電轉換信號。其中，隨機矩陣中“I”所對應的像素輸出，“O”所對應的像素則放棄輸出；
[0009]步驟三:由累加器模塊將本次輸出的特定位置的像素值進行累加，并將累加像素值存儲于存儲器模塊；
[0010]步驟四:重復步驟二、三，由FPGA模塊分別按第2、3…M個隨機矩陣控制輸出讀取CMOS成像模塊內的特定位置的像素值，并進行累加、存儲，直至在存儲器模塊內獲得M個累加像素值；
[0011]步驟五:基于M個累加像素值及其對應的M個隨機矩陣，利用壓縮感知重建算法實現(xiàn)圖像的重建，進而得到所需的成像圖像。
[0012]所述的圖像重建算法可通過正交匹配追蹤法(OMP)、正則化正交匹配追蹤法(ROMP)等實現(xiàn)。
[0013]實現(xiàn)所述的一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法的裝置，包括CMOS成像模塊、累加器模塊、存儲器模塊、FPGA模塊和壓縮感知圖像重建模塊。各部分的主要作用及結構如下:
[0014]CMOS成像模塊主要用于實現(xiàn)光電成像，并支持隨機信號讀取功能。在控制信號的作用下，可讀取光敏元陣列中的任一像素值。因此，在FPGA模塊的控制下，可輸出其光敏元陣列中特定位置像素的光電轉換信號。隨機矩陣中“I”所對應的像素輸出，“O”所對應的像素則放棄輸出。
[0015]累加器模塊用于將CMOS成像模塊單次輸出的特定位置的像素值進行累加，所述的像素值累加即為所有對應隨機矩陣中“ I”所對應像素值的求和，并將累加像素值存儲于存儲器模塊。
[0016]存儲器模塊主要用于存儲CMOS成像模塊輸出的特定位置的像素值進行累加值及其對應的M個隨機矩陣，及以便于后續(xù)的壓縮感知圖像重建。
[0017]FPGA模塊主要用于產生M個隨機矩陣。該矩陣的行、列數(shù)與CMOS圖像傳感器的分辨率對應，由隨機產生“O”和“ I”構成。同時，F(xiàn)PGA模塊依據(jù)隨機矩陣輸出控制信號，控制CMOS成像模塊輸出“ I”所對應的位置的像素值。
[0018]壓縮感知圖像重建模塊主要用于基于M個累加像素值及其對應的隨機矩陣應用壓縮感知重建算法進行圖像的重建，最終實現(xiàn)壓縮感知成像。
[0019]有益效果:
[0020]1、微小型化、低功耗。本發(fā)明無需體積、功耗相對較大的DMD及其控制組件，僅通過常規(guī)集成化、低功耗CMOS圖像傳感器和電子元器件即可實現(xiàn)壓縮感知光電成像，可實現(xiàn)壓縮感知光電成像系統(tǒng)的微小型化和低功耗。
[0021]2、低成本。本發(fā)明基于CMOS圖像傳感器隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法無需DMD和隨機拼接反射鏡片組等昂貴的微光學器件及其控制組件，極大地降低了壓縮感知光電成像系統(tǒng)的成本。
[0022]3、易實現(xiàn)。本發(fā)明無需編碼孔徑壓縮感知成像系統(tǒng)、隨機反射壓縮感知成像系統(tǒng)所需的繁瑣、大數(shù)據(jù)量的標定過程，極大地降低了壓縮感知光電成像系統(tǒng)的實現(xiàn)難度。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法的流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)裝置的模塊圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明:
[0026]如圖1所示，本實施例公開的一種隨機信號讀取的壓縮感知實現(xiàn)方法，具體包括如下步驟:
[0027]步驟一:在FPGA模塊1-4中產生M個隨機矩陣。所述矩陣的行、列數(shù)與CMOS圖像傳感器的分辨率對應，由隨機產生“O”和“ I”構成；
[0028]步驟二:CM0S成像模塊1-1