[发明专利]基于压缩感知的高分辨率光子集成成像系统及成像方法

权利要求书

1.一种基于压缩感知的高分辨率光子集成成像系统，其特征在于：包括透镜阵列、光子集成电路和数据处理模块(8)；

所述透镜阵列包括呈平面排布的第一透镜组(1)和第二透镜组(2)；

所述第一透镜组(1)包括M个沿X方向线性排列的透镜，从左至右将各透镜依次定义为透镜R₁、透镜R₂、……透镜R_M；

所述第二透镜组(2)包括N+1个沿Y方向线性排列的透镜，各透镜从上至下依次定义为透镜S₀、透镜S₁……透镜S_N，且透镜S₁位于透镜R_(M/2)和透镜R_(M/2+1)之间，其中，N≤M≤2N；

所述光子集成电路包括依次连接的波导(4)、正交探测器(6)和光电探测器(7)；

所述透镜阵列的各透镜通过光纤传像束(3)与光子集成电路中的波导(4)连接，所述波导(4)的数量与透镜阵列中透镜的数量相同，且每一个波导(4)上设置有光开关(5)；来自目标场景的入射光经过透镜耦合进波导(4)，光开关(5)随机开启，入射光经过波导(4)传输后经过正交探测器(6)和光电探测器(7)，得到互相干可见度信息，所述互相干可见度信息包括同步信号和正交信号；所述数据处理模块(8)根据互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，并对离散空间采样频谱进行重建，得到重建后的空间采样频谱，然后对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景高分辨率图像。

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知的高分辨率光子集成成像系统，其特征在于：所述光子集成电路还包括设置在波导(4)、正交探测器(6)之间的阵列波导光栅。

3.一种基于压缩感知的高分辨率光子集成的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、目标场景发出的入射光被第一透镜组和第二透镜组接收，两组入射光通过光纤传像束入射至波导，两组入射光分别表示为：

…

…

其中，表示第一透镜组的入射光，B₁、B₂、……B_M表示第一透镜组入射光的振幅，ω表示角频率，t表示时间，表示第一透镜组入射光的相位；表示第二透镜组的入射光，A₁、A₂、……A_N表示第二透镜组入射光的振幅，表示第二透镜组入射光的相位；

步骤二、两组入射光在进入正交探测器前汇合为两个输入光U_S和U_R，输入光U_R为第一透镜组各入射光的和，输入光U_S为第二透镜组各入射光的和；

步骤三、两个入射光在正交探测器中进行干涉，光电探测器接收到干涉后的光强用同步信号f_I和正交信号f_Q表示，同步信号f_I和正交信号f_Q为公式(7)-(8)的展开，并运用欧拉公式得；

步骤四、重复步骤一至步骤三多次，得到多个同步信号f_I和正交信号f_Q；

步骤五、基于压缩感知原理进行图像重建；

5.1)获取测量值少；

同步信号f_I和正交信号f_Q的P次测量用y∈R^P×1表示，由于所有光开关的一次开关状态是测量矩阵的一行，那么，第二透镜组测量矩阵为Φ_S，第一透镜组的测量矩阵为Φ_R；测量值y的表达式为：

5.2)从测量值y中重建原信号x∈R^H×1，

y＝G′ΓFx (13)

其中，G′＝[G’₁，G‘₂，…，G’_P]^T∈R^P×W表示由P次第一透镜组的光开关和第二透镜组光开关不同状态组成的传感矩阵；Γ∈R^W×H表示透镜阵列对原信号的空间频率采样的二值矩阵，F∈R^H×H表示离散傅里叶变换；

5.3)根据步骤5.2)获取的原信号x通过压缩感知重建算法得到重建图像。

4.根据权利要求3所述的基于压缩感知的高分辨率光子集成的成像方法，其特征在于：步骤5.3)中，压缩感知重建算法为BP算法或OMP算法。