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實現(xiàn)實時成像 高動態(tài)壓縮感知成像技術(shù)新進展
2022年12月27日 13:47:57
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：6433
壓縮感知成像是一種通過求解目標(biāo)函數(shù)極值的方式，從少量壓縮采樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)高位高清圖像的成像理論，其具有突破奈奎斯特采樣極限、高通量測量、單像素成像等優(yōu)勢，在對地遙感、激光雷達、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。然而，傳統(tǒng)壓縮感知成像在空間、時間動態(tài)范圍上與普通成像相比均存在不足。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】高空間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比以及高效率的圖像采集傳輸和存儲技術(shù)一直是各類成像儀器的發(fā)展目標(biāo)。在傳統(tǒng)基于香農(nóng)采樣定理的信息獲取技術(shù)中，提升分辨率便意味著光電探測器的陣元數(shù)量增加以及a/d轉(zhuǎn)換器的采樣頻率提升，這將不可避免地導(dǎo)致系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜及技術(shù)實現(xiàn)越發(fā)困難。因此，急需發(fā)展各類新型的成像技術(shù)。
壓縮感知是近年來由數(shù)學(xué)家們所提出的一種采樣理論，它證明信號在滿足稀疏或在某一變換域內(nèi)稀疏要求的前提下，僅對信號進行少量的采樣后，便可通過重建算法完美恢復(fù)原始信號，基于這一優(yōu)勢，壓縮感知理論在眾多領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。而壓縮感知理論與計算成像相結(jié)合，為成像技術(shù)提供了一種新的解決思路。
壓縮感知成像是一種通過求解目標(biāo)函數(shù)極值的方式，從少量壓縮采樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)高位高清圖像的成像理論，其具有突破奈奎斯特采樣極限、高通量測量、單像素成像等優(yōu)勢，在對地遙感、激光雷達、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。
然而，傳統(tǒng)壓縮感知成像在空間、時間動態(tài)范圍上與普通成像相比均存在不足。一方面，壓縮感知成像對探測器提出了過高的動態(tài)范圍要求，導(dǎo)致在有限探測器位數(shù)條件下的成像質(zhì)量較低；另一方面，由于壓縮感知成像需要多次調(diào)制與測量獲取信息，因此難以滿足實時成像的應(yīng)用需求。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點實驗室的劉雪峰團隊針對空間、時間高動態(tài)壓縮感知成像的實際需求，開展了一系列研究工作，并不斷取得新進展。在空間高動態(tài)成像方面，研究團隊提出了一種稀疏測量結(jié)合并行抖動的壓縮感知成像方法，他們利用稀疏調(diào)制降低待測信號動態(tài)范圍，并以疊加隨機抖動信號的多像素探測提升光學(xué)測量的有效動態(tài)范圍，顯著提高了探測器位數(shù)受限時的壓縮感知成像質(zhì)量，并將對探測器的動態(tài)范圍需求降低至1比特。
同時，在時間高動態(tài)成像方面，研究團隊還與北京理工大學(xué)量子技術(shù)研究中心合作開展了并行壓縮感知成像技術(shù)的研究，提出基于并行調(diào)制采樣的系統(tǒng)標(biāo)定與圖像重建方法，使壓縮感知成像達到實時成像速度，同時具備像素超分辨成像能力。并在此原理上，研制出了高分辨率中紅外成像樣機，能夠利用320×256像素中波紅外探測器實現(xiàn)1280×1024分辨率實時成像，該技術(shù)對于解決高性能紅外傳感器分辨率不足對紅外成像設(shè)備發(fā)展的制約具有重要意義。
壓縮感知成像技術(shù)涉及領(lǐng)域廣泛，與多個研究領(lǐng)域相互交融，在對地遙感、激光雷達、生物醫(yī)學(xué)成像以及其他光電探測領(lǐng)域都有著深入發(fā)展的前景。隨著新方法、新工具的出現(xiàn)，壓縮感知成像技術(shù)的成像質(zhì)量及成像速度將會進一步改善，新研究成果也為壓縮感知成像技術(shù)提供了一種有效解決缺陷的思路和方法。
(資料參考來源：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
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