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實現(xiàn)實時成像 高動態(tài)壓縮感知成像技術(shù)新進展
2022年12月27日 13:47:57 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:羊舌木 點擊量:6460

壓縮感知成像是一種通過求解目標函數(shù)極值的方式,從少量壓縮采樣數(shù)據(jù)中恢復高位高清圖像的成像理論,其具有突破奈奎斯特采樣極限、高通量測量、單像素成像等優(yōu)勢,在對地遙感、激光雷達、生物醫(yī)學等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。然而,傳統(tǒng)壓縮感知成像在空間、時間動態(tài)范圍上與普通成像相比均存在不足。

  【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】高空間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比以及高效率的圖像采集傳輸和存儲技術(shù)一直是各類成像儀器的發(fā)展目標。在傳統(tǒng)基于香農(nóng)采樣定理的信息獲取技術(shù)中,提升分辨率便意味著光電探測器的陣元數(shù)量增加以及a/d轉(zhuǎn)換器的采樣頻率提升,這將不可避免地導致系統(tǒng)變得越來越復雜及技術(shù)實現(xiàn)越發(fā)困難。因此,急需發(fā)展各類新型的成像技術(shù)。
 
  壓縮感知是近年來由數(shù)學家們所提出的一種采樣理論,它證明信號在滿足稀疏或在某一變換域內(nèi)稀疏要求的前提下,僅對信號進行少量的采樣后,便可通過重建算法完美恢復原始信號,基于這一優(yōu)勢,壓縮感知理論在眾多領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。而壓縮感知理論與計算成像相結(jié)合,為成像技術(shù)提供了一種新的解決思路。
 
  壓縮感知成像是一種通過求解目標函數(shù)極值的方式,從少量壓縮采樣數(shù)據(jù)中恢復高位高清圖像的成像理論,其具有突破奈奎斯特采樣極限、高通量測量、單像素成像等優(yōu)勢,在對地遙感、激光雷達、生物醫(yī)學等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。
 
  然而,傳統(tǒng)壓縮感知成像在空間、時間動態(tài)范圍上與普通成像相比均存在不足。一方面,壓縮感知成像對探測器提出了過高的動態(tài)范圍要求,導致在有限探測器位數(shù)條件下的成像質(zhì)量較低;另一方面,由于壓縮感知成像需要多次調(diào)制與測量獲取信息,因此難以滿足實時成像的應(yīng)用需求。
 
  中國科學院國家空間科學中心復雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點實驗室的劉雪峰團隊針對空間、時間高動態(tài)壓縮感知成像的實際需求,開展了一系列研究工作,并不斷取得新進展。在空間高動態(tài)成像方面,研究團隊提出了一種稀疏測量結(jié)合并行抖動的壓縮感知成像方法,他們利用稀疏調(diào)制降低待測信號動態(tài)范圍,并以疊加隨機抖動信號的多像素探測提升光學測量的有效動態(tài)范圍,顯著提高了探測器位數(shù)受限時的壓縮感知成像質(zhì)量,并將對探測器的動態(tài)范圍需求降低至1比特。
 
  同時,在時間高動態(tài)成像方面,研究團隊還與北京理工大學量子技術(shù)研究中心合作開展了并行壓縮感知成像技術(shù)的研究,提出基于并行調(diào)制采樣的系統(tǒng)標定與圖像重建方法,使壓縮感知成像達到實時成像速度,同時具備像素超分辨成像能力。并在此原理上,研制出了高分辨率中紅外成像樣機,能夠利用320×256像素中波紅外探測器實現(xiàn)1280×1024分辨率實時成像,該技術(shù)對于解決高性能紅外傳感器分辨率不足對紅外成像設(shè)備發(fā)展的制約具有重要意義。
 
  壓縮感知成像技術(shù)涉及領(lǐng)域廣泛,與多個研究領(lǐng)域相互交融,在對地遙感、激光雷達、生物醫(yī)學成像以及其他光電探測領(lǐng)域都有著深入發(fā)展的前景。隨著新方法、新工具的出現(xiàn),壓縮感知成像技術(shù)的成像質(zhì)量及成像速度將會進一步改善,新研究成果也為壓縮感知成像技術(shù)提供了一種有效解決缺陷的思路和方法。
 
  (資料參考來源:中國科學院國家空間科學中心)
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