[发明专利]基于计算关联成像的多物体同时成像及加密方法

说明书

本发明提出了一种基于计算关联成像的多物体同时成像及加密方法，不需要对每个物体进行单独测量，只进行一次测量探测就可以实现对多物体的同时成像，并且该方法还具备信息加密的能力；本发明方法可以降低系统采集数据量，提高关联成像系统的成像效率，本方法采用编码矩阵对多个物体信息进行了编码，因此相较于传统关联成像系统采用散斑或/和探测强度作为密钥，本发明提供了第三个密钥‑编码散斑，因此可以提高计算关联成像系统的加密性能。

技术领域

本发明涉及计算关联成像领域，具体是一种基于单次测量实现多个物体的同时成像方法，并能够对多物体信息进行加密。

背景技术

关联成像又称为“鬼成像”、量子成像等，其广泛应用于遥感、生物医学以及国防等领域，近些年来获得了很多科研学者的关注与研究。计算关联成像与传统关联成像的不同点在于，使用计算机预置随机散斑来替代传统关联成像中的参考臂(即由面阵探测器获取相关光强分布信息)，通过计算机预置的散斑信息与单像素探测器采集的光强信息进行关联运算来获取目标物体的像。传统关联成像系统在对多个物体进行成像时，基本上采用对多物体依次进行照明探测的方式来进行成像。本发明提出了一种基于计算关联成像的多物体同时成像及加密方法，不需要对每个物体进行单独测量，只进行一次测量探测就可以实现对多物体的同时成像，并且该方法还具备信息加密的能力。

发明内容

本发明针对计算关联成像系统，提供一种采用单次测量实现多物体同时成像的方法，以克服目前需要单独对每个物体进行测量成像的不足，提高计算关联成像系统的效率，方法同时具备对多物体信息进行加密的能力。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于计算关联成像的多物体同时成像及加密方法，其特征在于：采用成像系统预制产生多个随机编码矩阵，对多个随机编码矩阵进行稀疏采样产生多物体的照明散斑矩阵，并加载到光调制系统中，利用计算机把产生的照明散斑矩阵加载到光调制系统中，在照明散斑的每个分区内依次摆放物体，利用产生的系列照明散斑经投影透镜后对多物体进行同时照明，并采用单像素探测器探测采集相应的强度信息，结合已知的照明散斑信息进行关联运算或者相关求解算法获取多物体混合信息；利用编码矩阵和获取的多物体混合信息进行点乘运算得多个不同物体的稀疏采样信息，通过稀疏信息复原算法获取多个物体的完整图像信息。

基于计算关联成像的多物体同时成像及加密方法，其主要步骤为：

1)通过预制产生多个随机编码矩阵，表示为具有0,1的矩阵A_i。多个随机编码矩阵具有如下性质：

其中，上式中字母下标表示对应不同物体的编码矩阵，I表示全1的矩阵，之后固定多个编码矩阵信息；

2)利用多个编码矩阵进行稀疏采样产生多物体的照明散斑矩阵，并加载到光调制系统中。假设第k个稀疏采样矩阵B_k大小为N×N，利用稀疏采样矩阵分别与编码矩阵进行点乘获得不同物体的照明散斑矩阵，得到多个物体的同时照明散斑矩阵C_k表示为：

照明散斑矩阵C_k按照所需成像物体依次按列排列，其大小为N×iN，保证其大小要小于等于光调制器所能允许加载的最大矩阵大小。照明散斑中每N×N区域对应一个物体，因此照明散斑可以实现对i个物体同时进行照明。利用计算机把产生的照明散斑矩阵加载到光调制系统中。在照明散斑的每个分区内依次摆放物体，利用产生的系列照明散斑对多物体进行同时照明。

3)多个物体的反射或透射光的经聚焦透镜，汇聚到单像素探测器上，单像素探测器输出的电信号经数据采集系统进行模拟-数字转换。假设第k次利用照明散斑Ck对多物体进行照明，多个物体的反射或透射信号的采集过程可以用如下数学形式表达：