CN112839143A - 一种单像素成像过程中采集信号的校验方法和装置 - Google Patents

一种单像素成像过程中采集信号的校验方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单像素成像过程中采集信号的校验方法和装置，包括：在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。本发明方法能够有效识别单像素成像过程中的干扰信号。

Description

一种单像素成像过程中采集信号的校验方法和装置
技术领域
本发明涉及成像技术领域，具体涉及一种单像素成像过程中采集信号的校 验方法和装置。
背景技术
单像素成像技术是一种新兴的成像技术，其通过对光场进行编码，仅使用 一个无空间分辨率的单像素探测器以较低的采样率即可重建目标图像，该技术 在高灵敏度成像、多光谱成像、太赫兹成像、红外成像等诸多领域中受到了广 泛关注。
但是，在信号采集过程中，会可能出现由于电路延迟，计数误差等，导致 采样时序错误，从而无法实现图像重构。因此，需要对单像素成像过程中的采 集信号进行校验，去除无效数据。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种单像素成像过程中采集信号的 校验方法和装置，解决了单像素成像过程中采集信号时序错误导致无法重构图 像的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种单像素成像过程中采 集信号的校验方法，包括：
在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；
构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干扰信 号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。
进一步的，所述在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声，包括：
生成第一列为0，其余列全为1的n×n二维矩阵，并利用该二维矩阵投影采 集对应像素点的数据，记为校验数据I0；n为单像素成像获得的图像的水平或垂 直的像素个数；
采集没有投影时的探测器的背景噪声Inoise。
进一步的，所述利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，包括：
当二维矩阵元素为1时，单像素成像采样时采集对应像素点的信息，二维 矩阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
进一步的，所述构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校 验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号，包括：
1)构建N阶的哈达玛矩阵，哈达玛矩阵中的每一行按照行优先的方式经过 重排为二维方阵，N＝n×n；
2)按照二维方阵进行投影并采集信号，每个二维方阵采集一次，共计n次， 第i个二维方阵对应的采集信号记录为：第i次采集信号Ii，i＝1，2，…，n；
3)计算校验值
Figure BDA0002872060070000021
判断当校验值ε小于设定阈值时，认为采集的n个信号值是有效的，否则认 为这n个信号值受到干扰，需要丢弃；
4)对未使用的二维方阵，重复步骤2)～3)的采集和校验过程，直到采集 到的设定数量的采集信号。
进一步的，所述按照二维方阵进行投影并采集信号，包括：二维方阵元素 为1时，成像采样时采集对应像素点的信息，二维方阵元素为0时，不采集对 应像素点的信息。
一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，包括：
校验准备模块，用于在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；
校验模块，用于构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校 验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。
进一步的，所述在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声，包括：
生成第一列为0，其余列全为1的n×n二维矩阵，并利用该二维矩阵投影采 集对应像素点的数据，记为校验数据I0；n为单像素成像获得的图像的水平或垂 直的像素个数；
采集没有投影时的探测器的背景噪声Inoise。
进一步的，所述利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，包括：
当二维矩阵元素为1时，单像素成像采样时采集对应像素点的信息，二维 矩阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
进一步的，所述构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校 验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号，包括：
1)构建N阶的哈达玛矩阵，哈达玛矩阵中的每一行按照行优先的方式经过 重排为二维方阵，N＝n×n；
2)按照二维方阵进行投影并采集信号，每个二维方阵采集一次，共计n次， 第i个二维方阵对应的采集信号记录为：第i次采集信号Ii，i＝1，2，…，n；
3)计算校验值
Figure BDA0002872060070000031
判断当校验值ε小于设定阈值时，认为采集的n个信号值是有效的，否则认 为这n个信号值受到干扰，需要丢弃；
4)对未使用的二维方阵，重复步骤2)～3)的采集和校验过程，直到采集 到的设定数量的采集信号。
进一步的，所述按照二维方阵进行投影并采集对应像素点的信号，包括： 二维方阵元素为1时，成像采样时采集对应像素点的信息，二维方阵元素为0 时，不采集对应像素点的信息。
本发明所达到的有益效果：本发明在单像素成像过程中采集校验数据和背 景噪声；构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干 扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。本发明方法能够有效识别单 像素成像过程中的受到干扰的信号或干扰信号。
附图说明
图1是哈达玛矩阵中的行重排为二维方阵的示意图；
图2是本发明实施例中的无干扰采集信号及校验值示意图；
图3是本发明实施例中的有干扰采集信号及校验值示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种单像素成像过程中采集信号的校验方法，包括步骤：
步骤1，在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；
具体包括：
1)生成第一列为0，其余全为1的n×n二维矩阵，并利用这个矩阵投影采 集对应像素点的校验数据，记为I0，当二维矩阵元素为1时，单像素成像采样时 采集对应像素点的信息，矩阵元素为0时，不采集对应像素点的信息，n为单像 素成像获得的图像的水平或垂直的像素个数，图像的分辨率为n×n；
2)采集在没有投影时的探测器的背景噪声Inoise；
步骤2，构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除 干扰信号，得到最终的采集信号用于单像素成像。
具体包括：
1)构建N(N＝n×n)阶的哈达玛矩阵(hadamard)，哈达玛矩阵中的每一行按 照行优先的方式经过重排为二维方阵；如图1所示；
2)按照二维方阵进行投影并采集对应像素点的信号，每个二维方阵采集一 次，共计n次，第i个二维方阵对应的采集信号记录为：第i次采集信号Ii， i＝1，2，…，n。二维方阵元素为1时，成像采样时采集对应像素点的信息，二维方阵 元素为0时，不采集对应像素点的信息；
3)计算校验值
Figure BDA0002872060070000041
判断当校验值ε小于一个事先确定的值时，认为采集的n个信号值Ii是有效 的，否则认为这n个信号值Ii受到干扰，需要丢弃。
4)对未使用的二维方阵，重复步骤2)～3)的采集和校验过程，直到采集 到的设定个数的采集信号；
根据计算成像理论，采集的数据越多，图像的准确性越高，在有限的时间 内，数据越多越好。
基于采集信号，利用关联算法(或基于l1范数的优化算法或基于tv范数的 优化算法)进行计算成像，最终获得n*n分辨率的图像(根据采集信号成像的 过程为现有技术)。
如图2(1)所示，采集信号中无干扰，则得到的校验值如图2(2)所示；
如图3(1)所示，采集信号中有干扰，则得到的校验值如图3(2)所示；
由实验结果可知，本发明方法能够有效识别单像素成像过程中的干扰信号。
实施例2：
一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，包括：
校验准备模块，用于在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；
校验模块，用于构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校 验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。
进一步的，所述在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声，包括：
生成第一列为0，其余列全为1的n×n二维矩阵，并利用该二维矩阵投影采 集对应像素点的数据，记为校验数据I0；n为单像素成像获得的图像的水平或垂 直的像素个数；
采集没有投影时的探测器的背景噪声Inoise。
进一步的，所述利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，包括：
当二维矩阵元素为1时，单像素成像采样时采集对应像素点的信息，二维 矩阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
进一步的，所述构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校 验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号，包括：
1)构建N阶的哈达玛矩阵，哈达玛矩阵中的每一行按照行优先的方式经过 重排为二维方阵，N＝n×n；
2)按照二维方阵进行投影并采集对应像素点的信号，每个二维方阵采集一 次，共计n次，第i个二维方阵对应的采集信号记录为：第i次采集信号Ii， i＝1，2，…，n；
3)计算校验值
Figure BDA0002872060070000061
判断当校验值ε小于设定阈值时，认为采集的n个信号值是有效的，否则认 为这n个信号值受到干扰，需要丢弃；
4)对未使用的二维方阵，重复步骤2)～3)的采集和校验过程，直到采集 到的设定数量的采集信号。
进一步的，所述按照二维方阵进行投影并采集对应像素点的信号，包括： 二维方阵元素为1时，成像采样时采集对应像素点的信息，二维方阵元素为0 时，不采集对应像素点的信息。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或 方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式 处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机 或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流 程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的 指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流 程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处 理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单像素成像过程中采集信号的校验方法，其特征在于：包括：
在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；
构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。
2.根据权利要求1所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验方法，其特征是：所述在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声，包括：
生成第一列为0，其余列全为1的n×n二维矩阵，并利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，记为校验数据I0；n为单像素成像获得的图像的水平或垂直的像素个数；
采集没有投影时的探测器的背景噪声Inoise。
3.根据权利要求2所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验方法，其特征是：所述利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，包括：
当二维矩阵元素为1时，单像素成像采样时采集对应像素点的信息，二维矩阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
4.根据权利要求1所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验方法，其特征是：所述构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号，包括：
1)构建N阶的哈达玛矩阵，哈达玛矩阵中的每一行按照行优先的方式经过重排为二维方阵，N＝n×n；
2)按照二维方阵进行投影并采集信号，每个二维方阵采集一次，共计n次，第i个二维方阵对应的采集信号记录为：第i次采集信号Ii，i＝1，2，…，n；
3)计算校验值
Figure FDA0002872060060000011
判断当校验值ε小于设定阈值时，认为采集的n个信号值是有效的，否则认为这n个信号值受到干扰，需要丢弃；
4)对未使用的二维方阵，重复步骤2)～3)的采集和校验过程，直到采集到的设定数量的采集信号。
5.根据权利要求4所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验方法，其特征是：所述按照二维方阵进行投影并采集信号，包括：二维方阵元素为1时，成像采样时采集对应像素点的信息，二维方阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
6.一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，其特征在于：包括：
校验准备模块，用于在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声；
校验模块，用于构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号。
7.根据权利要求6所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，其特征是：所述在单像素成像过程中采集校验数据和背景噪声，包括：
生成第一列为0，其余列全为1的n×n二维矩阵，并利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，记为校验数据I0；n为单像素成像获得的图像的水平或垂直的像素个数；
采集没有投影时的探测器的背景噪声Inoise。
8.根据权利要求7所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，其特征是：所述利用该二维矩阵投影采集对应像素点的数据，包括：
当二维矩阵元素为1时，单像素成像采样时采集对应像素点的信息，二维矩阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
9.根据权利要求6所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，其特征是：所述构建哈达玛矩阵，投影采集信号，并对采集的信号进行校验，去除干扰信号，得到最终的用于单像素成像的采集信号，包括：
1)构建N阶的哈达玛矩阵，哈达玛矩阵中的每一行按照行优先的方式经过重排为二维方阵，N＝n×n；
2)按照二维方阵进行投影并采集信号，每个二维方阵采集一次，共计n次，第i个二维方阵对应的采集信号记录为：第i次采集信号Ii，i＝1，2，…，n；
3)计算校验值
Figure FDA0002872060060000031
判断当校验值ε小于设定阈值时，认为采集的n个信号值是有效的，否则认为这n个信号值受到干扰，需要丢弃；
4)对未使用的二维方阵，重复步骤2)～3)的采集和校验过程，直到采集到的设定数量的采集信号。
10.根据权利要求9所述的一种单像素成像过程中采集信号的校验装置，其特征是：所述按照二维方阵进行投影并采集信号，包括：二维方阵元素为1时，成像采样时采集对应像素点的信息，二维方阵元素为0时，不采集对应像素点的信息。
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