CN109151191A - 基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法 - Google Patents

Abstract

基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，涉及量子成像技术领域，步骤如下：单像素相机关联成像APP应用程序响应成像请求，利用调制图生成功能模块生成调制图，并将生成的调制图发送给微型投影仪用来生成结构光场；利用微型投影仪生成的结构光场照射物体；启动光接收和数据采集设备，光接收和数据采集设备采集物体反射光，将反射光光场做时空积分凝聚成单点探测値，并将探测値传入移动终端；移动终端接收探测値并存入其内部数据库；根据预先生成的调制图和探测値重构物体的图像。本发明的方法实现了利用现有的微型投影仪、移动终端、光接收和数据采集设备构成便携式单像素相机，利用移动终端控制拍摄和图像重构的过程。

Description

基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法

技术领域

本发明涉及量子成像技术领域，尤其是涉及一种基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法。

背景技术

随着量子成像技术的发展，单像素相机距离商业应用越来越近，但目前量子关联成像设备体积庞大，使用不便，不利于产业化。随着移动互联网快速发展并深度渗入我们的日常生活，移动设备迅速在社会中普及开来，能否利用现有的移动终端根据关联成像算法构造一种利用现有移动终端遥控的便携式单像素成像装置从而解决上述技术问题，但是现有技术中还没有一种方法能够实现利用现有的电子产品构造便携式的单像素相机。

发明内容

鉴于目前量子关联成像设备体积庞大，使用不便，不利于产业化的问题，本发明利用现有的微型投影仪、移动终端、光接收和数据采集设备构成便携式单像素相机，利用移动终端控制拍摄和图像重构的过程。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于，该成像方法基于的成像系统包含移动终端、微型投影仪及光接收和数据采集设备，移动终端分别与微型投影仪、光接收和数据采集设备通信连接；所述移动终端中安装有单像素相机关联成像APP应用程序，单像素相机关联成像APP应用程序包含关联成像重构功能模块、同步控制功能模块、结构光场生成功能模块、调制图生成功能模块及探测功能模块；所述关联成像重构功能模块用于根据预先生成的调制图和反射光探测值重构物体的图像；所述同步控制功能模块用于控制结构光场的生成和数据采集的同步进行；所述结构光场生成功能模块用于控制微型投影仪生成结构光场；所述调制图生成功能模块用于生成调制图；所述探测功能模块用于采集物体的反射光，并将反射光处理成探测值传输到移动终端；

成像方法的具体流程步骤如下：

1)用户向移动终端中的单像素相机关联成像APP应用程序发送成像请求，单像素相机关联成像APP应用程序响应请求，利用调制图生成功能模块生成调制图，并将生成的调制图发送给微型投影仪；

2)通过移动终端中的结构光场生成功能模块控制微型投影仪根据调制图生成结构光场；

3)利用微型投影仪生成的结构光场照射物体；

4)通过移动终端中的探测功能模块启动光接收和数据采集设备，光接收和数据采集设备采集物体反射光，将反射光光场做时空积分凝聚成单点探测値，并将探测値传入移动终端；

5)移动终端接收探测値并存入其内部数据库；

6)判断是否完成预定的探测次数，是则执行步骤7)，否则转入步骤1)；

7)移动终端中的关联成像重构功能模块利用量子成像公式：

重构图像G(x,y)，其中I^(m)(x,y)表示第m次采样时单个调制图空间强度分布值，M为总采样数，B^(m)表示第m次采样时单个调制图照射物体后的探测值，x，y分别表示空间位置中的横坐标和纵坐标，B^(m)满足：

B^(m)＝∫I^(m)(x,y)O(x,y)dxdy

其中O(x,y)是物体的透射或反射函数，根据调制图和探测値重构物体的图像。

所述移动终端为智能手机或平板电脑。

所述微型投影仪采用VEZ微型投影仪，型号为乐BOX。

所述光接收和数据采集设备包含光电接收器、信号放大器、数模转换装置和无线传输模块，光电接收器、信号放大器、数模转换装置和无线传输模块顺次电气连接。

所述结构光场生成功能模块的工作流程具体包括如下步骤：

1)根据量子关联成像中的调制矩阵生成调制图；

2)将调制图定时送入微型投影仪；

3)控制微型投影仪根据调制图产生结构光场。

进一步，所述量子关联成像中的调制矩阵采用随机矩阵或者hadamard矩阵。

所述探测功能模块的工作流程具体包括如下步骤：

1)启动光接收和数据采集设备进行物体反射光的光信号采集；

2)将采集到的光信号转换成电信号；

3)电信号经信号放大器放大；

4)放大的电信号经数模转换装置转换成数字信号形成探测值；

5)将探测值传输到移动终端。

所述关联成像重构功能模块的工作流程具体包括如下步骤：

1)关联成像重构功能模块调用移动终端内部数据库存储的探测値；

2)利用所述量子成像公式，根据预先生成的调制图和探测値重构图像；

3)将重构图像显示到移动终端的显示界面上。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，该方法中采用了现有设备和成熟产品组合构成单像素相机成像系统。利用现有的移动终端、微型投影仪及光接收和数据采集设备组合在一起，搭建便携式单像素相机的成像系统，根据关联成像算法构造一种利用移动终端遥控的便携式单像素相机，实现便携式单像素相机的成像方法。

附图说明

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法的总体流程图；

图2为本发明中结构光场生成功能模块的工作流程图；

图3为本发明中探测功能模块的工作流程图；

图4为本发明中关联成像重构功能模块的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，并参照图1、图2、图3及图4对本发明作进一步的详细说明。

搭建便携式单像素相机的成像系统，该成像系统包含移动终端、微型投影仪及光接收和数据采集设备，移动终端可以选择智能手机或者平板电脑，移动终端中安装有单像素相机关联成像APP应用程序，单像素相机关联成像APP应用程序包含关联成像重构功能模块、同步控制功能模块、结构光场生成功能模块、调制图生成功能模块及探测功能模块；微型投影仪采用VEZ微型投影仪，型号为乐BOX；

所述关联成像重构功能模块用于根据预先生成的调制图和反射光探测值重构物体的图像；所述同步控制功能模块用于控制结构光场的生成和数据采集的同步进行；所述结构光场生成功能模块用于控制微型投影仪生成结构光场；所述调制图生成功能模块用于生成调制图；所述探测功能模块用于采集物体的反射光，并将反射光处理成探测值传输到移动终端；

安装有单像素相机关联成像APP应用程序的移动终端是整个便携式单像素相机成像系统的主控设备。通过移动终端上的预装软件同步控制向微型投影仪发送调制图信号，向光接收和数据采集设备发送采集指令并接收由光接收和数据采集设备传递上来的信号，利用关联成像算法重构物体的图像，并显示重构图像。

微型投影仪为主动照明光源，微型投影仪采用DMD芯片或者液晶设备作为光的调制设备，将移动终端产生的调制图转换成结构光场，照射物体。

光接收和数据采集设备包含光电接收器、信号放大器、数模转换装置和无线传输模块，光电接收器、信号放大器、数模转换装置和无线传输模块顺次电气连接。光照射到光电接收器后光信号转换成电信号，经信号放大器放大传入数模转换装置将模拟信号转换成数字信号然后经过无线传输模块传入移动终端；综上光接收和数据采集设备主要完成光的采集和模数转换、传输任务，将采集到的光信号放大并转换成数字信号后传回到移动终端。

基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，具体包括如下步骤：

1)用户向移动终端中的单像素相机关联成像APP应用程序发送成像请求，单像素相机关联成像APP应用程序响应请求，利用调制图生成功能模块生成调制图，并将生成的调制图发送给微型投影仪；

2)通过移动终端中的结构光场生成功能模块控制微型投影仪根据调制图生成结构光场；

3)利用微型投影仪生成的结构光场照射物体；

4)通过移动终端中的探测功能模块启动光接收和数据采集设备，光接收和数据采集设备采集物体反射光，将反射光光场做时空积分凝聚成单点探测値，并将探测値传入移动终端；

5)移动终端接收探测値并存入其内部数据库；

6)判断是否完成预定的探测次数，是则执行步骤7)，否则转入步骤1)；

7)移动终端中的关联成像重构功能模块利用量子成像公式：

重构图像G(x,y)，其中I^(m)(x,y)表示第m次采样时单个调制图空间强度分布值，M为总采样数，B^(m)表示第m次采样时单个调制图照射物体后的探测值，x，y分别表示空间位置中的横坐标和纵坐标，B^(m)满足：

B^(m)＝∫I^(m)(x,y)O(x,y)dxdy

其中O(x,y)是物体的透射或反射函数，根据调制图和探测値重构物体的图像。

所述结构光场生成功能模块工作流程如图2所示，具体步骤如下：

1)根据量子关联成像中的调制矩阵生成调制图，调制矩阵采用随机矩阵或者hadamard矩阵；

2)将调制图定时送入微型投影仪；

3)控制微型投影仪根据调制图产生结构光场。

探测功能模块工作流程如图3所示，具体步骤如下：

1)启动光接收和数据采集设备进行物体反射光的光信号采集；

2)将采集到的光信号转换成电信号；

3)电信号经信号放大器放大；

4)放大的电信号经数模转换装置转换成数字信号形成探测值；

5)将探测值传输到移动终端。

关联成像重构功能模块工作流程如图4所示，具体步骤如下：

1)关联成像重构功能模块调用移动终端内部数据库存储的探测値；

2)利用所述量子成像公式，根据预先生成的调制图和探测値重构图像；

3)将重构图像显示到移动终端的显示界面上。

Claims (8)

1.基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于，该成像方法基于的成像系统包含移动终端、微型投影仪及光接收和数据采集设备，移动终端分别与微型投影仪、光接收和数据采集设备通信连接；所述移动终端中安装有单像素相机关联成像APP应用程序，单像素相机关联成像APP应用程序包含关联成像重构功能模块、同步控制功能模块、结构光场生成功能模块、调制图生成功能模块及探测功能模块；所述关联成像重构功能模块用于根据预先生成的调制图和反射光探测值重构物体的图像；所述同步控制功能模块用于控制结构光场的生成和数据采集的同步进行；所述结构光场生成功能模块用于控制微型投影仪生成结构光场；所述调制图生成功能模块用于生成调制图；所述探测功能模块用于采集物体的反射光，并将反射光处理成探测值传输到移动终端；

成像方法的具体流程步骤如下：

1)用户向移动终端中的单像素相机关联成像APP应用程序发送成像请求，单像素相机关联成像APP应用程序响应请求，利用调制图生成功能模块生成调制图，并将生成的调制图发送给微型投影仪；

2)通过移动终端中的结构光场生成功能模块控制微型投影仪根据调制图生成结构光场；

3)利用微型投影仪生成的结构光场照射物体；

4)通过移动终端中的探测功能模块启动光接收和数据采集设备，光接收和数据采集设备采集物体反射光，将反射光光场做时空积分凝聚成单点探测値，并将探测値传入移动终端；

5)移动终端接收探测値并存入其内部数据库；

6)判断是否完成预定的探测次数，是则执行步骤7)，否则转入步骤1)；

7)移动终端中的关联成像重构功能模块利用量子成像公式：

重构图像G(x,y)，其中I^(m)(x,y)表示第m次采样时单个调制图空间强度分布值，M为总采样数，B^(m)表示第m次采样时单个调制图照射物体后的探测值，x，y分别表示空间位置中的横坐标和纵坐标，B^(m)满足：

B^(m)＝∫I^(m)(x,y)O(x,y)dxdy

其中O(x,y)是物体的透射或反射函数，根据调制图和探测値重构物体的图像。

2.根据权利要求1所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述移动终端为智能手机或平板电脑。

3.根据权利要求1所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述微型投影仪采用VEZ微型投影仪，型号为乐BOX。

4.根据权利要求1所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述光接收和数据采集设备包含光电接收器、信号放大器、数模转换装置和无线传输模块，光电接收器、信号放大器、数模转换装置和无线传输模块顺次电气连接。

5.根据权利要求1所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述结构光场生成功能模块的工作流程具体包括如下步骤：

1)根据量子关联成像中的调制矩阵生成调制图；

2)将调制图定时送入微型投影仪；

3)控制微型投影仪根据调制图产生结构光场。

6.根据权利要求5所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述量子关联成像中的调制矩阵采用随机矩阵或者hadamard矩阵。

7.根据权利要求1所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述探测功能模块的工作流程具体包括如下步骤：

1)启动光接收和数据采集设备进行物体反射光的光信号采集；

2)将采集到的光信号转换成电信号；

3)电信号经信号放大器放大；

4)放大的电信号经数模转换装置转换成数字信号形成探测值；

5)将探测值传输到移动终端。

8.根据权利要求1所述的基于关联成像算法实现便携式单像素相机的成像方法，其特征在于：所述关联成像重构功能模块的工作流程具体包括如下步骤：

1)关联成像重构功能模块调用移动终端内部数据库存储的探测値；

2)利用所述量子成像公式，根据预先生成的调制图和探测値重构图像；

3)将重构图像显示到移动终端的显示界面上。