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實現實時成像 高動態壓縮感知成像技術新進展
2022年12月27日 13:47:57
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：6442
壓縮感知成像是一種通過求解目標函數極值的方式，從少量壓縮采樣數據中恢復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、單像素成像等優勢，在對地遙感、激光雷達、生物醫學等領域具有重要應用價值。然而，傳統壓縮感知成像在空間、時間動態范圍上與普通成像相比均存在不足。
【化工儀器網 行業百態】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一直是各類成像儀器的發展目標。在傳統基于香農采樣定理的信息獲取技術中，提升分辨率便意味著光電探測器的陣元數量增加以及a/d轉換器的采樣頻率提升，這將不可避免地導致系統變得越來越復雜及技術實現越發困難。因此，急需發展各類新型的成像技術。
壓縮感知是近年來由數學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原始信號，基于這一優勢，壓縮感知理論在眾多領域引起了極大的關注。而壓縮感知理論與計算成像相結合，為成像技術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函數極值的方式，從少量壓縮采樣數據中恢復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、單像素成像等優勢，在對地遙感、激光雷達、生物醫學等領域具有重要應用價值。
然而，傳統壓縮感知成像在空間、時間動態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范圍要求，導致在有限探測器位數條件下的成像質量較低；另一方面，由于壓縮感知成像需要多次調制與測量獲取信息，因此難以滿足實時成像的應用需求。
中國科學院國家空間科學中心復雜航天系統電子信息技術重點實驗室的劉雪峰團隊針對空間、時間高動態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。在空間高動態成像方面，研究團隊提出了一種稀疏測量結合并行抖動的壓縮感知成像方法，他們利用稀疏調制降低待測信號動態范圍，并以疊加隨機抖動信號的多像素探測提升光學測量的有效動態范圍，顯著提高了探測器位數受限時的壓縮感知成像質量，并將對探測器的動態范圍需求降低至1比特。
同時，在時間高動態成像方面，研究團隊還與北京理工大學量子技術研究中心合作開展了并行壓縮感知成像技術的研究，提出基于并行調制采樣的系統標定與圖像重建方法，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1280×1024分辨率實時成像，該技術對于解決高性能紅外傳感器分辨率不足對紅外成像設備發展的制約具有重要意義。
壓縮感知成像技術涉及領域廣泛，與多個研究領域相互交融，在對地遙感、激光雷達、生物醫學成像以及其他光電探測領域都有著深入發展的前景。隨著新方法、新工具的出現，壓縮感知成像技術的成像質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：中國科學院國家空間科學中心)
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