CN107016637B - 一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，属于光学成像技术领域。本发明的目的是为了解决现有鬼成像技术在实际应用时，因分辨率为定值无法根据不同的情况自适应调整而导致成像效率低下的问题，提供一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，该方法在应用鬼成像技术时，能根据实际应用情况需求，利用像素合并方式自适应调节分辨率，提高鬼成像效率。同时，本发明不仅适用于计算鬼成像系统，亦可用于经典鬼成像系统，无需增加额外机构，具有较强的通用性。

Description

一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法

技术领域

本发明涉及一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，属于光学成像技术领域。

背景技术

鬼成像技术是近十年发展起来的一种新型成像技术，该技术基于强度关联算法，借助探测臂与参考臂间接对目标成像。其中，探测臂为点探测器，参考臂为高分辨率阵列探测器。在成像时，探测臂和参考臂均无法单独对目标进行直接成像，但当这两臂信号进行二阶互相关运算后，能够间接得到目标信息。相比于传统的基于光学系统光电成像技术，鬼成像技术因对光学成像器件要求低、可突破衍射分辨率极限、抗干扰能力强等优点，在生物医疗、工业测量、遥感等领域的具有潜在应用价值。近年来，随着计算机处理速度的快速提升，以及光学器件的不断发展，计算鬼成像技术被提出并得到快速发展。计算鬼成像技术与经典鬼成像技术相比，采用空间光调制器(SLM)、数字微镜器件(DMD)等先进光学器件替代旋转毛玻璃等传统光学器件，结构更简单，操作更灵活，极大地拓宽鬼成像的应用范围。

目前，鬼成像技术的分辨率主要取决于所获得的光源图像分辨率。光源图像分辨率，在经典鬼成像系统中，由参考臂图像传感器决定；在计算鬼成像系统中，由调制光源的SLM或DMD决定。而以上器件空间分辨率均为定值，因此现有鬼成像技术在实际应用时分辨率始终为定值，无法根据不同的情况自适应调整，成像效率低下。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有鬼成像技术在实际应用时，因分辨率为定值无法根据不同的情况自适应调整而导致成像效率低下的问题，提供一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，该方法在应用鬼成像技术时，能根据实际应用情况需求自适应调节分辨率，提高鬼成像效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，包括如下步骤：

步骤一、配置鬼成像系统初始化参数，即设置成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m₁×n₁和像素合并参数值b₁。

步骤二、加载鬼成像系统初始化参数，进行第i次鬼成像目标图像采样。

利用强度关联算法，将鬼成像系统采集到的总光强信息和同一光源的二维光强分布信息进行运算，M次运算后，复原出含目标的图像信息。

步骤三、利用图像处理算法，从步骤二所得到的目标图像中提取出目标；

步骤四、根据目标识别算法要求，检测步骤三中提取出的目标的分辨率(即目标像素数)是否满足目标识别要求。

检测方法具体如下：

当前检测为本鬼成像系统第i次检测，则本鬼成像系统当前成像分辨率为m_i×n_i，当前目标分辨率为u_i×v_i，当前目标所占像素数为k_i，其中k_i＝u_i×v_i；目标识别要求条件下所需的目标像素数最小值为H，其中目标像素数最小值H根据目标识别情况进行手动设定。检测当前目标分辨率是否满足目标识别要求的评价值为e，其中此外，根据本鬼成像系统中影响成像分辨率的光学器件物理分辨率参数，本鬼成像系统的最大可调分辨率为M_max×N_max，本鬼成像系统的最小可调分辨率为M_min×N_min。

如果e＝1，则当前目标分辨率满足目标识别要求，则认为当前成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i为最优化参数，跳转至步骤六。

如果e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i小于本鬼成像系统最大可调分辨率M_max×N_max，即当前目标分辨率小于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率小于本鬼成像系统的最大可调分辨率，则减小像素合并参数值b_i并跳转至步骤五。如果且e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统的最大可调分辨率M_max×N_max，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数。

如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i大于本鬼成像系统最小可调分辨率M_min×N_min，即当前目标分辨率大于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率大于本鬼成像系统的最小可调分辨率，则增大像素合并参数值b_i并跳转至步骤五。如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统最小可调分辨率M_min×N_min，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数。

步骤五、根据步骤四更新后的像素合并参数值b_i，利用像素合并原理计算出下一次鬼成像采样的像素合并参数值b_i+1和成像分辨率参数值m_i+1×n_i+1，其中，b_i+1＝b_i，并跳转至步骤二重新进行鬼成像目标图像采样。

步骤六、保存鬼成像系统当前的成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i，完成鬼成像最优分辨率调节，实现鬼成像系统的自适应分辨率调节，提高鬼成像效率。

有益效果

(1)本发明公开的一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，通过像素合并的方式，根据不同情况自适应调节分辨率，提高成像效率。

(2)本发明公开的一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，不仅适用于计算鬼成像系统，亦可用于经典鬼成像系统，无需增加额外机构，具有较强的通用性。

附图说明

图1自适应成像实现方法流程图；

图2空间光调制器像素合并(2×2)示意图；

图3空间光调制器全像素示意图；

图4空间光调制器像素合并(4×4)示意图；

图5像素合并(2×2)散斑图像传感器采样示意图；

图6全像素散斑图像传感器采样示意图；

图7像素合并(4×4)散斑图像传感器采样示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

实施实例1：

如图1所示，一种用于提高计算鬼成像效率的自适应成像方法，包括如下步骤：

步骤一、配置计算鬼成像系统初始化参数，即设置成像起始点坐标(x₁,y₁)＝(0,0)、成像分辨率参数值m₁×n₁＝4×4、像素合并参数值b₁＝2。在有先验知识的情况下，亦可手动设置为其他值。

步骤二、调制光源的空间光调制器加载鬼成像系统初始化参数，进行第i次鬼成像目标图像采样，即利用强度关联算法，将鬼成像系统采集到的总光强信息和同一光源的二维光强分布信息进行运算，M次运算后，复原出含目标的图像信息。

其中，具体参数加载过程为：

第i次鬼成像目标图像采样前，首先利用像素合并原理，根据像素合并参数b_i的要求，将物理分辨率为8×8的空间光调制器中的物理像素以b_i×b_i模式合并。其中，鬼成像系统初始化参数中的成像起始点坐标、成像分辨率参数以及后续鬼成像目标图像采样中所描述和使用的像素，均指代合并后的像素。随后，根据成像起始点坐标(x₁,y₁)＝(0,0)要求，将位于空间光调制器左上角(0，0)位置的像素作为成像区域起始点。最后，根据成像分辨率参数值m_i×n_i，确定空间光调制器的成像区域。

为便于理解具体参数加载过程，以第1次鬼成像目标采样前的参数加载为例：首先像素合并参数b₁＝2，则将物理分辨率为8×8的空间光调制器中的物理像素以2×2模式合并，如图2所示，其中白色方块为空间光调制器像素，灰色方块为以2×2模式合并后像素。类似地，以1×1模式、4×4模式合并时分别如图3和图4所示。其中，鬼成像系统初始化参数中的成像起始点坐标、成像分辨率参数以及后续鬼成像目标图像采样中所描述和使用的像素，均指代合并后的像素。随后，根据成像起始点坐标(x₁,y₁)＝(0,0)要求，将位于空间光调制器左上角(0，0)位置的像素作为成像区域起始点。最后，根据成像分辨率参数值m₁×n₁＝4×4，确定空间光调制器的成像区域为4×4像素区域。最终，空间光调制器加载后的结果如图2所示。

步骤三、利用常规图像处理算法，从步骤二所得到的目标图像中提取出目标；

步骤四、根据目标识别算法要求，检测步骤三中提取出的目标的分辨率(即目标像素数)是否满足目标识别要求。

检测方法具体如下：

设当前检测为本鬼成像系统第i次检测，则本鬼成像系统当前成像分辨率为m_i×n_i，当前目标分辨率为u_i×v_i，当前目标所占像素数为k_i，其中k_i＝u_i×v_i；目标理论精确识别要求条件下所需的目标像素数最小值为16，亦可根据目标识别情况进行手动设定。设检测当前目标分辨率是否满足目标识别要求的评价值为e，其中此外，根据本鬼成像系统中影响成像分辨率的空间光调制器物理分辨率参数，设置本鬼成像系统的最大可调分辨率为8×8，本鬼成像系统的最小可调分辨率为1×1。

如果e＝1，则当前目标分辨率满足目标识别要求，则认为当前成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i为最优化参数，跳转至步骤六。

如果e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i小于本鬼成像系统最大可调分辨率8×8，即当前目标分辨率小于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率小于本鬼成像系统的最大可调分辨率，则减小像素合并参数值b_i并跳转至步骤五。如果且e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统的最大可调分辨率8×8，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数。

如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i大于本鬼成像系统最小可调分辨率1×1，即当前目标分辨率大于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率大于本鬼成像系统的最小可调分辨率，则增大像素合并参数值b_i并跳转至步骤五。如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统最小可调分辨率1×1，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数。

步骤五、根据步骤四更新后的像素合并参数值b_i，利用像素合并原理计算出下一次鬼成像采样的像素合并参数值b_i+1和成像分辨率参数值m_i+1×n_i+1，其中，b_i+1＝b_i，并跳转至步骤二重新进行鬼成像目标图像采样。

步骤六、保存鬼成像系统当前的成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i，完成鬼成像最优分辨率调节，实现鬼成像系统的自适应分辨率调节，提高鬼成像效率。

实施例2

如图1所示，一种用于提高经典鬼成像效率的自适应成像方法，包括如下步骤：

步骤一、配置经典鬼成像系统初始化参数，即设置成像起始点坐标(x₁,y₁)＝(0,0)、成像分辨率参数值m₁×n₁＝512×384、像素合并参数值b₁＝2。在有先验知识的情况下，亦可手动设置为其他值。

步骤二、采集光源二维光强分布信息的CCD图像传感器加载鬼成像系统初始化参数，进行第i次鬼成像目标图像采样，即利用强度关联算法，将鬼成像系统采集到的总光强信息和同一光源的二维光强分布信息进行运算，M次运算后，复原出含目标的图像信息。

其中，具体参数加载过程为：

第i次鬼成像目标图像采样前，首先利用像素合并原理，根据像素合并参数b_i的要求，将物理分辨率为1024×768的CCD图像传感器中的物理像素以b_i×b_i模式合并。其中，鬼成像系统初始化参数中的成像起始点坐标、成像分辨率参数以及后续鬼成像目标图像采样中所描述和使用的像素，均指代合并后的像素。随后，根据成像起始点坐标(x₁,y₁)＝(0,0)要求，将位于CCD图像传感器左上角(0，0)位置的像素作为成像区域起始点。最后，根据成像分辨率参数值m_i×n_i，确定CCD图像传感器的成像区域。

为便于理解具体参数加载过程，以第1次鬼成像目标采样前的参数加载为例：首先像素合并参数b₁＝2，则将物理分辨率为1024×768的CCD图像传感器中的物理像素以2×2模式合并，合并方式与实施实例1中空间光调制器的像素合并方式完全相同，采样合并后的黑白图像如图5所示。类似地，以1×1模式、4×4模式合并后的黑白图像分别如图6和图7所示。其中，鬼成像系统初始化参数中的成像起始点坐标、成像分辨率参数以及后续鬼成像目标图像采样中所描述和使用的像素，均指代合并后的像素。随后，根据成像起始点坐标(x₁,y₁)＝(0,0)要求，将位于CCD图像传感器左上角(0，0)位置的像素作为成像区域起始点。最后，根据成像分辨率参数值m₁×n₁＝512×384，确定CCD图像传感器的成像区域为512×384像素区域。最终，CCD图像传感器采样合并后的黑白图像如图5所示。

步骤三、利用常规图像处理算法，从步骤二所得到的目标图像中提取出目标；

步骤四、根据目标识别算法要求，检测步骤三中提取出的目标的分辨率(即目标像素数)是否满足目标识别要求。

检测方法具体如下：

设当前检测为本鬼成像系统第i次检测，则本鬼成像系统当前成像分辨率为m_i×n_i，当前目标分辨率为u_i×v_i，当前目标所占像素数为k_i，其中k_i＝u_i×v_i；目标理论精确识别要求条件下所需的目标像素数最小值为16，亦可根据目标识别情况进行手动设定。设检测当前目标分辨率是否满足目标识别要求的评价值为e，其中此外，根据本鬼成像系统中影响成像分辨率的CCD图像传感器物理分辨率参数，设置本鬼成像系统的最大可调分辨率为1024×768，本鬼成像系统的最小可调分辨率为4×3。

如果e＝1，则当前目标分辨率满足目标识别要求，则认为当前成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i为最优化参数，跳转至步骤六。

如果e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i小于本鬼成像系统最大可调分辨率1024×768，即当前目标分辨率小于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率小于本鬼成像系统的最大可调分辨率，则减小像素合并参数值b_i并跳转至步骤五。如果且e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统的最大可调分辨率1024×768，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数。

如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i大于本鬼成像系统最小可调分辨率4×3，即当前目标分辨率大于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率大于本鬼成像系统的最小可调分辨率，则增大像素合并参数值b_i并跳转至步骤五。如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统最小可调分辨率4×3，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数。

步骤五、根据步骤四更新后的像素合并参数值b_i，利用像素合并原理计算出下一次鬼成像采样的像素合并参数值b_i+1和成像分辨率参数值m_i+1×n_i+1，其中，b_i+1＝b_i，并跳转至步骤二重新进行鬼成像目标图像采样。

步骤六、保存鬼成像系统当前的成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i，完成鬼成像最优分辨率调节，实现鬼成像系统的自适应分辨率调节，提高鬼成像效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于提高鬼成像效率的自适应成像方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、配置鬼成像系统初始化参数，即设置成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m₁×n₁和像素合并参数值b₁；

步骤二、加载鬼成像系统初始化参数，进行第i次鬼成像目标图像采样；

利用强度关联算法，将鬼成像系统采集到的总光强信息和同一光源的二维光强分布信息进行运算，M次运算后，复原出含目标的图像信息；

步骤三、利用图像处理算法，从步骤二所得到的目标图像中提取出目标；

步骤四、根据目标识别算法要求，检测步骤三中提取出的目标的分辨率，即目标像素数，是否满足目标识别要求；

检测方法具体如下：

当前检测为本鬼成像系统第i次检测，则本鬼成像系统当前成像分辨率为m_i×n_i，当前目标分辨率为u_i×v_i，当前目标所占像素数为k_i，其中k_i＝u_i×v_i；目标识别要求条件下所需的目标像素数最小值为H，其中目标像素数最小值H根据目标识别情况进行手动设定；检测当前目标分辨率是否满足目标识别要求的评价值为e，其中此外，根据本鬼成像系统中影响成像分辨率的光学器件物理分辨率参数，本鬼成像系统的最大可调分辨率为M_max×N_max，本鬼成像系统的最小可调分辨率为M_min×N_min；

如果e＝1，则当前目标分辨率满足目标识别要求，则认为当前成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i为最优化参数，跳转至步骤六；

如果e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i小于本鬼成像系统最大可调分辨率M_max×N_max，即当前目标分辨率小于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率小于本鬼成像系统的最大可调分辨率，则减小像素合并参数值b_i并跳转至步骤五；如果e＜1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统的最大可调分辨率M_max×N_max，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数；

如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i大于本鬼成像系统最小可调分辨率M_min×N_min，即当前目标分辨率大于目标识别所需分辨率且当前成像分辨率大于本鬼成像系统的最小可调分辨率，则增大像素合并参数值b_i并跳转至步骤五；如果e＞1且当前成像分辨率m_i×n_i等于本鬼成像系统最小可调分辨率M_min×N_min，则跳回步骤一重新配置鬼成像系统初始化参数；

步骤五、根据步骤四更新后的像素合并参数值b_i，利用像素合并原理计算出下一次鬼成像采样的像素合并参数值b_i+1和成像分辨率参数值m_i+1×n_i+1，其中，b_i+1＝b_i，并跳转至步骤二重新进行鬼成像目标图像采样；

步骤六、保存鬼成像系统当前的成像起始点坐标(x₁,y₁)、成像分辨率参数值m_i×n_i和像素合并参数值b_i，完成鬼成像最优分辨率调节，实现鬼成像系统的自适应分辨率调节，提高鬼成像效率。