CN104702828A - 一种分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机。该相机包括：物体光源、透镜组、DMD阵列、感光片、A/D转换器、DSP处理器组成。预先将DMD阵列分割成若干个小方块，透镜组将景物光线投向DMD阵列上面，通过控制DMD阵列上面数字微镜逐点翻转，实现对景物光线的分块逐点扫描，即在每一个小方块内分别进行压缩采样。然后根据重构算法重构原始信号，DMD阵列将逐点扫描后经过重构的景物图像反射到感光片上成像。本发明利用DMD阵列的逐点扫描提高了成像的速度，是一种具有很大潜在应用价值的新型拍摄方法，突破了香农采样定理的瓶颈，从少量采样测量值精确重构出原始图像，将传统数据采集与压缩合二为一，节省存储资源。
Description
技术领域
本发明属于图像采集和成像领域，特别涉及一种分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机。
背景技术
在实际应用中，人们采用高速采样对宽带信号进行处理。根据奈奎斯特采样定理，为了不丢失信号的信息，必须要以高于信号两倍带宽的采样频率进行采样。为了降低存储和传输的成本，又采用压缩方式以较少的数据比特数表示信号，大量的非重要的数据被抛弃，实际提供的信息数据只占实际采样数据的很少一部分。然后这些数据传输到期望的位置，再进行解压缩，复现信号的有用信息。
近年来在国际信号处理领域新兴的压缩传感理论（compressive sensing简称CS理论），为我们提供了一种新的图像采集和处理思路。其核心思想是将压缩与采样合并进行，首先采集信号的非自适应线性投影（测量值），然后根据相应重构算法由测量值重构原始信号。压缩传感的优点在于信号的投影测量数据量远远小于传统采样方法所获的数据量，突破了香农采样定理的瓶颈，使得高分辨率信号的采集成为可能。
DMD 是TI公司针对视频应用开发的，TI公司采用了DLP的架构，对于DMD的数据传输格式及控制方式是保密的。这种基于DLP架构的系统控制方式单一，帧频低，用户输入的任何图像，系统都会按256灰度进行显示，微镜的翻转不能自由灵活控制。
在激光调制应用中，要求能够自由控制二进制微镜翻转的时间；在压缩成像/关联成像/量子成像应用中，要求微镜翻转的时间快速并且尽量等间隔，同时要求微镜翻转后能够给出同步信号，以便于 CCD 的图像采集；在激光光刻领域，目前国际上主要有“步进光刻”和“飞行光刻”曝光方式，这两种方式都需要微镜绝对锁定功能和同步功能的支持，“飞行光刻” 方式还需要高帧频的支持，才能达到最好的光刻效果；还有在其它高级的二元光学的应用等等，用户无法对 DMD 进行随心所欲的操作。
数字微镜阵列（DMD）是单像素成像系统的关键处理元件，用以实现 DLP 投影技术的数字光学处理过程。DMD可以提供1670万种颜色和256段灰度层次，从而可以确保DLP投影机投影的活动影像画面色彩艳丽细腻、自然逼真。
发明内容
本发明提出一种分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机。该相机包括：物体光源、透镜组、DMD阵列、感光片、A/D转换器、DSP处理器组成。预先将DMD阵列分割成若干个小方块，透镜组将景物光线投向DMD阵列上面，通过控制DMD阵列上面数字微镜逐点翻转，实现对景物光线的分块逐点扫描，即在每一个小方块内分别进行压缩采样。然后根据重构算法重构原始信号，DMD阵列将逐点扫描后经过重构的景物图像反射到感光片上成像。本发明利用DMD阵列的逐点扫描提高了成像的速度，是一种具有很大潜在应用价值的新型拍摄方法，突破了香农采样定理的瓶颈，从少量采样测量值精确重构出原始图像，将传统数据采集与压缩合二为一，节省存储资源。
附图说明
图1是本发明的结构框图
图2是本发明3*3数字微镜阵列模型图
图3是本发明单微镜翻转示意图
图4是本发明中压缩感知理论的框架图。
具体实施方式
本发明逐点扫描数字微镜阵列相机，具体步骤如下：
预先将DMD阵列分割成若干个小方块，透镜组将景物光线投向DMD阵列上面，通过控制DMD阵列上面数字微镜逐点翻转，实现对景物光线的分块逐点扫描，即在每一个小方块内分别进行压缩采样。然后根据重构算法重构原始信号，DMD阵列将逐点扫描后经过重构的景物图像反射到感光片上成像。本发明利用DMD阵列的逐点扫描提高了成像的速度，是一种具有很大潜在应用价值的新型拍摄方法，突破了香农采样定理的瓶颈，从少量采样测量值精确重构出原始图像，将传统数据采集与压缩合二为一，节省存储资源。
Claims (4)
1.一种分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机，其特征在于：该相机包括：物体光源、透镜组、DMD阵列、感光片、A/D转换器、DSP处理器组成；预先将DMD阵列分割成若干个小方块，透镜组将景物光线投向DMD阵列上面，通过控制DMD阵列上面数字微镜逐点翻转，实现对景物光线的分块逐点扫描，即在每一个小方块内分别进行压缩采样；然后根据重构算法重构原始信号，DMD阵列将逐点扫描后经过重构的景物图像反射到感光片上成像；本发明利用DMD阵列的逐点扫描提高了成像的速度，是一种具有很大潜在应用价值的新型拍摄方法，突破了香农采样定理的瓶颈，从少量采样测量值精确重构出原始图像，将传统数据采集与压缩合二为一，节省存储资源。
2.根据权利要求1所述的分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机，其特征在于：预先将DMD阵列分割成了若干个小方块，实现了高分辨率高速成像的特性。
3.根据权利要求1所述的分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机，其特征在于：利用了数字微镜系统的随机翻转特性，通过控制DMD阵列上面数字微镜逐点翻转，实现对景物光线的逐点扫描。
4.根据权利要求1所述的分块阵列块内压缩感知逐点扫描相机，其特征在于：基于压缩感知（CS）理论，突破了传统奈奎斯特采样定理；与传统的“先采样、后压缩”不同，CS理论是“边采样、边压缩”的方式，将CS应用于成像系统可以显著节省传感器数量，这种 “边采样、边压缩”的方式使得信号处理的技术负担从传感器转移到数据处理上。
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