[发明专利]即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法与系统

说明书

本发明公开了一种即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法与系统，方法包括以下步骤：根据预设测量值模型构造优化目标函数，其中，目标函数包含数据保真项和先验约束项；通过预设的广义交替投影优化方法对目标函数进行模块化分解，得到数据保真项和先验约束项优化子任务；获取待求解变量初始值，并引入数据保真项算子和先验约束项算子，迭代交替式地分别对待求解变量进行优化更新，且在迭代收敛后输出具有幅值和相位的复数域目标变量，得到相位恢复结果。该方法迭代更新简单快速，引入灵活可变的先验约束项算子，能够高效解决大规模相位恢复问题。

技术领域

本发明涉及计算摄像学技术领域，特别涉及一种即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法与系统。

背景技术

相位恢复(Phase Retrieval，PR)是指信号在某个给定线性空间域(如傅里叶域)的幅值已知情况下，利用幅值恢复相位的过程。这个问题是在实际的工程应用(如电子显微镜，晶体学，天文学和光学成像领域)中所提出的。在光学成像中，大部分光学采集设备(如CCD相机、光感胶片、人眼成像)只能够捕获光场强度而无法获取光波相位。这是因为这些设备成像的原理都依赖于将捕获的光子转换为电子或电流，所转化的电磁场以10¹⁵Hz频率振荡，没有可行的电子设备可以对如此高频的信号采样。正是由于光学相位不能由电子检测设备直接测量，因此需要利用算法层面的相位恢复技术从获得的强度信息中恢复出相位信息。从上世纪70年代以来，相位恢复算法层出不穷。最为经典的算法是Gerchberg和Saxton于1972年提出的GS算法。之后的数十年间涌现出了许多的算法。

相位恢复在光学中具有许多实际应用，例如相干衍射成像、编码衍射模型、傅里叶叠层成像、散射成像等，这些成像模型都只能获取到原始信号幅值的测量值或在某个变换域中幅值的测量值，且由于成像环境和传感器的限制，会导致最终获取的测量值受到噪声的污染。噪声会降低相位恢复算法的性能。虽然部分已有的相位恢复算法具有一定的抗噪能力，但实际的表现不尽人意，他们往往无法平衡抗噪性能和计算复杂度。也即，鲁棒性越强，计算复杂度也随之指数级增长，难以适用于大规模相位恢复任务。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法，迭代更新简单快速，引入灵活可变的先验约束项算子，能够高效解决大规模相位恢复问题。

本发明的另一个目的在于提出一种即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法，包括以下步骤：根据预设测量值模型构造优化目标函数，其中，所述目标函数包含数据保真项和先验约束项；通过预设的广义交替投影优化方法对所述目标函数进行模块化分解，得到数据保真项和先验约束项优化子任务；获取待求解变量初始值，并引入数据保真项算子和先验约束项算子，迭代交替式地分别对待求解变量进行优化更新，且在迭代收敛后输出具有幅值和相位的复数域目标变量，得到相位恢复结果。

本发明实施例的即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法，可以从含噪的强度测量值中恢复既包含幅值、又包含相位的复数域信息，将相位恢复框架模块化，引入即插即用式先验约束项算子，噪声鲁棒性强，计算复杂度低，效率高，适用于大规模的相位恢复任务，且迭代更新简单快速，引入灵活可变的先验约束项算子，能够高效解决大规模相位恢复问题，并且也可以在一定程度上解决强鲁棒性相位恢复的计算复杂度高的问题，能适用于大规模相位恢复任务。

另外，根据本发明上述实施例的即插即用的大规模高效鲁棒相位恢复方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述数据保真项和所述先验约束项为：其中，f(x)为所述数据保真项，g(x)为所述先验约束项。