[实用新型]基于压缩感知理论的航天相机成像装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光学遥感技术领域，特别是涉及基于压缩感知理论的航天相机成像装置。

背景技术

现有航天相机采样严格满足香农采样定理，采样信息量受到采样定理的限制，像质难以提高。探测器面积过大，不易于制冷。传统遥感相机在长时间对地观测时会收集大量的数据，在星上很难进行大容量存储。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供基于压缩感知理论的航天相机成像装置，该装置采用单位像素大小的探测器代替传统大规模面阵探测器，适用于环境恶劣的深空探测，使相机更轻小，体积和功耗代价小。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

基于压缩感知理论的航天相机成像装置，包括第一透镜、第二透镜、DMD阵列、单像素探测器、A/D和图像重建模块，其中：

第一透镜：将场景入射光汇聚到DMD阵列上；

第二透镜：将DMD阵列上的反射光线汇聚到单像素探测器上；

DMD阵列：包括寻址集成芯片和测量矩阵的微镜片，将从第一透镜汇聚的光通过测量矩阵的微镜片把光线反射到第二透镜上；

单像素探测器：接收DMD阵列反射的光线，将光信号转换为电信号，输出给A/D；

A/D：接收单像素探测器输出的电信号，进行模/数转换，将数字信号输出给图像重建模块；

图像重建模块：接收A/D输出的数字信号，对接收的数字信号进行图像重建，具体方法为：选择DMD的测量矩阵，对接收的数字信号进行稀疏表示，并求出稀疏表示中的过渡矩阵，对1范数求约束最小，从而得到重建的图像。

在上述基于压缩感知理论的航天相机成像装置中，图像重建模块包括测量矩阵选择模块、稀疏表示模块、过渡矩阵模块和范数最小约束模块，其中测量矩阵选择模块用于选择DMD的测量矩阵，稀疏表示模块用于对接收的数字信号进行稀疏表示，过渡矩阵模块用于求出稀疏表示中的过渡矩阵，范数最小约束模块用于对1范数求约束最小。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型在图像重建模块中采用了信号稀疏表示的压缩感知原理，在采样前进行信号压缩，突破了传统采样定理得约束条件，得到的信息量更大，适用于图像信息量比较大的多光谱、超光谱成像；

(2)本实用新型采用单位像素大小的探测器代替传统大规模面阵探测器，解决了探测器(尤其是红外)规模受限的关键技术难题，同时可使器件制冷易于实现；

(3)本实用新型成像装置体积和功耗代价小，使相机更轻小，适用于环境恶劣的深空探测或其他环境极其恶劣的星际空间探测；适合微型传感器(空间资源极其匮乏)；

(4)本实用新型成像装置尤其适用于弱光和在可见光谱之外的谱段进行工作，比如用在传感器规模受限的红外、微波、弱光(雪崩管)等，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本实用新型航天相机成像装置结构示意图；

图2为本实用新型成像装置中图像重建模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

如图1所示为本实用新型航天相机成像装置结构示意图，由图可知该成像装置包括第一透镜、第二透镜、DMD阵列、单像素探测器、A/D和图像重建模块，其中DMD阵列采用美国TI公司的HD3+DMD芯片，分辨率为1280×720，微镜片是正方形，其边长为13-16um，分别处于+12°和-12°两个工作状态。系统依靠静态随机存取贮存器(SRAM)单元对每一个微镜进行寻址，并使用CMOS电路提供的静电力驱动微镜固定轴转动。DMD(数字微镜设备)器件是一种被集成在寻址集成芯片上的快速数字光开关反射阵列，使用它可以用来产生随机测量矩阵。单像素探测器一般可以用单个动态范围比较大的光敏二极管制成。镜头前的单个探测器为单像素相机是与传统CCD/CMOS相机之间在结构上最大的不同。当然，也可以把探测器做成由少量像素组成的小规模阵列(其像素单元小于传统CCD/CMOS探测器)。根据多次所得的测量值，重构原始图像信息。由于探测器规模较小，易于红外探测器制冷。

单像素相机与传统CCD/CMOS相机不同的是单像素相机把大数据量的处理工作放到了地面高性能并行分布式计算处理，从而完成星地一体化系统。这样，星上所需功耗大大降低，减小相机尺寸。因为相机探测器采样值是经过原始信号经二种正交基的转换后的矩阵，测量值维度相当低，数量较少，方便星上的数据存贮与传输。压缩感知可以把传统星上成像的代价转化为离线的地面复原工作。