[发明专利]一种基于压缩感知的稀疏孔径成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，包括稀疏孔径单元、自由空间准直单元、光束变换单元、束斑合成透镜（13）、空间光调制器映射透镜（14）、空间光调制器（15）、会聚收光单元（16）、点探测器（17）以及压缩感知计算模块（18）；其中，所述稀疏孔径单元包括至少三个子望远镜透镜，所述自由空间准直单元包括至少三个准直透镜，所述光束变换单元包括至少三个反射镜组；

一子望远镜透镜、一准直透镜、一反射镜组形成一条光路，各条光路上入射的光信号分别投射到所述束斑合成透镜（13）上，该透镜用于实现稀疏孔径直接成像，然后通过所述空间光调制器映射透镜（14）将所述稀疏孔径直接成像映射到所述空间光调制器（15），所述空间光调制器（15）根据随机光学调制矩阵对稀疏孔径成像光场做随机调制，然后通过所述会聚收光单元（16）将稀疏孔径成像光场调制后的光场强度信号汇聚到所述点探测器（17）的感光面，所述点探测器（17）采集光场强度信号，形成测量信号，最后将所述随机光学调制矩阵与测量信号送到所述压缩感知计算模块（18），该模块通过压缩感知算法重构图像。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述稀疏孔径单元包括第一子望远镜透镜（1）、第二子望远镜透镜（2）和第三子望远镜透镜（3）；所述自由空间准直单元包括第一准直透镜（4）、第二准直透镜（5）和第三准直透镜（6）；所述光束变换单元包括由第一反射镜（7）、第二反射镜（8）组成的第一反射镜组，由第三反射镜（9）、第四反射镜（10）组成的第二反射镜组，由第五反射镜（11）、第六反射镜（12）组成的第三反射镜组；

所述第一子望远镜透镜（1）、第一准直透镜（4）、第一反射镜组形成第一光路，所述第二子望远镜透镜（2）、第二准直透镜（5）、第二反射镜组形成第二光路，所述第三子望远镜透镜（3）、第三准直透镜（6）、第三反射镜组形成第三光路。

3.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述稀疏孔径单元中的各个子望远镜透镜的空间组合方式包括：小孔径望远镜阵列或Golay-6或Golay-9或环形或环面或三壁。

4.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述空间准直单元中的各个准直透镜的空间组合方式包括：准直透镜阵列组或反射式准直镜。

5.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述空间光调制器（15）和点探测器（17）之间同步。

6.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述点探测器（17）采用大感光面积的光电转换点探测器、桶探测器、雪崩二极管或光电倍增管中的任意一种实现。

7.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述压缩感知计算模块（18）采用下列任意一种算法实现压缩感知：贪心重建算法、匹配跟踪算法MP、正交匹配跟踪算法OMP、基跟踪算法BP、LASSO、LARS、GPSR、贝叶斯估计算法、magic、IST、TV、StOMP、CoSaMP、LBI、SP、l1_ls、smp算法、SpaRSA算法、TwIST算法、l₀重建算法、l₁重建算法、l₂重建算法。

8.根据权利要求1或2所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述空间光调制器（15）采用数字微镜器件或毛玻璃或液晶光阀中的任意一种。

9.根据权利要求8所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统，其特征在于，所述空间光调制器采用数字微镜器件实现，所述数字微镜器件在“开”、“关”两种状态下分别向水平线的两侧倾斜12°，对应空间光调制器的两个反射方向。

10.基于权利要求1-9之一所述的基于压缩感知的稀疏孔径成像系统实现的稀疏孔径成像方法，该方法包括：

步骤1）、压缩感知的稀疏孔径成像调制的步骤；

稀疏孔径入射的成像光信号通过系列光学变换后，传输到空间光调制器（15）上，所述空间光调制器（15）通过加载随机矩阵A对其反射光进行光强调制；

步骤2）、压缩采样的步骤；

所述点探测器（17）在空间光调制器（15）每次翻转的时间间隔内同时采样，并将光电探测器转换后的数值作为最终的测量值y；

步骤3）、信号重建的步骤；

所述二值随机测量矩阵A测量值y与一起作为压缩感知计算模块（18）的输入，选取合适的稀疏基使得稀疏孔径成像x能由最少量的系数表示，通过压缩感知算法进行信号重建，最终实现稀疏孔径压缩感知成像。