CN105791643A - 基于dmd的多元探测成像系统 - Google Patents

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CN105791643A CN201610125149.1A CN201610125149A CN105791643A CN 105791643 A CN105791643 A CN 105791643A CN 201610125149 A CN201610125149 A CN 201610125149A CN 105791643 A CN105791643 A CN 105791643A
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李辰
付学林
文浩
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Abstract

本发明提出一种基于DMD的多元探测成像系统。本系统包括：物像光源，透镜组，DMD阵列，多元探测器，A/D转换器件，DSP处理器等。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

基于DMD的多元探测成像系统
技术领域
本发明属于图像采集和成像领域，特别涉及一种基于DMD微镜的多探测器成像系统。
背景技术
在实际信息采样中，因为香农采样定理的存在，所需的采样频率相当高。根据香农采样定理，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。然而在信息的传输中，为了降低成本，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。
近年来在国际信号处理领域新兴的压缩传感理论（compressivesensing简称CS理论），为我们提供了一种新的数据采集和处理思路。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。
采用CS技术的传统单像素相机的优点是只需要一个光电探测器，信号处理电路较为简单，但是所需的测量次数较多，特别是DMD微镜数量（即图像像素数）增大时，一方面使DMD的编码数据随之增大，另一方面对探测器灵敏度和A/D转换精度提出了更高的要求，重构计算时间更长。为了降低CS成像对A/D转换精度的要求，可以用多元成像代替单元成像。
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。
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
本发明提出一种基于DMD微镜的多元探测成像系统，该系统包括：物像光源，透镜组，DMD阵列，多元探测器，A/D转换器件，DSP处理器等。预先将DMD阵列分割为N个编码元，每个编码元包含n个微镜，这n个微镜对应一个探测器感光元件。这样通过DMD微镜的反转，可以对多元探测器可以同时每个编码元进行逐点扫描，即对每一个编码元进行压缩感知。根据得到的信号进行重构，即可以得到原始图像。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是多元探测成像系统的光路原理图
图2是多元探测成像系统的结构示意图
图3是DMD微镜的反转示意图
图4是压缩感知理论框图
具体实施方法
本发明发明一种基于压缩感知理论和DMD微镜的多元探测成像系统。预先将DMD阵列分割成N个编码元，每个编码元包含n个微镜。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，实现对景物光线逐行扫描。每个探测器探测其所负责的编码元的数据。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 (6)

1.本发明公开了一种基于DMD的多元探测成像系统，其特征在于：该系统包括物体光源、透镜组、DMD阵列、感光片、A/D转换器、单片机、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所述的一种基于DMD的多元探测成像系统，其特征在于：预先将编码掩膜划分为若干个基本编码单位，每个基本编码单位包含N个DMD微镜，对应多元探测器的一个光敏元，实现了高分辨率高速成像的特性。
3.根据权利要求1所述的一种基于DMD的多元探测成像系统，其特征在于：利用了DMD镜片的随机翻转特性，通过DMD控制系统同步输出脉冲信号触发数据采集程序开始进行数据采集及存储，实现对景物光线的逐点扫描。
4.根据权利要求1所述的一种基于DMD的多元探测成像系统，其特征在于：基于压缩感知理论，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，压缩感知是“边采样、边压缩”的方式，将压缩感知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。
5.根据权利要求1所述的一种基于DMD的多元探测成像系统，其特征在于：用多元探测器代替单元探测器，降低了探测器灵敏度和A/D转换精度的要求，采用并行计算技术和同步传送，在一定程度上减少了计算时间，可满足高速数据处理和高速成像的要求。
6.根据权利要求1所述的一种基于DMD的多元探测成像系统，其特征在于：采用离散沃尔什矩阵并利用TVAL3重构算法进行图像重构，测量矩阵值不需要预先测量和存储，完全满足DMD镜片反转速度的要求，由此节省了内存空间，并且提高了重构速度，增强了重构效果。
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