实现实时成像 高动态压缩感知成像技术新进展
【仪器网 行业要闻】高空间分辨率、高光谱分辨率、高信噪比以及高效率的图像采集传输和存储技术一直是各类成像仪器的发展目标。在传统基于香农采样定理的信息获取技术中，提升分辨率便意味着光电探测器的阵元数量增加以及a/d转换器的采样频率提升，这将不可避免地导致系统变得越来越复杂及技术实现越发困难。因此，急需发展各类新型的成像技术。
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压缩感知是近年来由数学家们所提出的一种采样理论，它证明信号在满足稀疏或在某一变换域内稀疏要求的前提下，仅对信号进行少量的采样后，便可通过重建算法完美恢复原始信号，基于这一优势，压缩感知理论在众多领域引起了极大的关注。而压缩感知理论与计算成像相结合，为成像技术提供了一种新的解决思路。
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压缩感知成像是一种通过求解目标函数极值的方式，从少量压缩采样数据中恢复高位高清图像的成像理论，其具有突破奈奎斯特采样极限、高通量测量、单像素成像等优势，在对地遥感、激光雷达、生物医学等领域具有重要应用价值。
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然而，传统压缩感知成像在空间、时间动态范围上与普通成像相比均存在不足。一方面，压缩感知成像对探测器提出了过高的动态范围要求，导致在有限探测器位数条件下的成像质量较低；另一方面，由于压缩感知成像需要多次调制与测量获取信息，因此难以满足实时成像的应用需求。
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中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室的刘雪峰团队针对空间、时间高动态压缩感知成像的实际需求，开展了一系列研究工作，并不断取得新进展。在空间高动态成像方面，研究团队提出了一种稀疏测量结合并行抖动的压缩感知成像方法，他们利用稀疏调制降低待测信号动态范围，并以叠加随机抖动信号的多像素探测提升光学测量的有效动态范围，显著提高了探测器位数受限时的压缩感知成像质量，并将对探测器的动态范围需求降低至1比特。
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同时，在时间高动态成像方面，研究团队还与北京理工大学量子技术研究中心合作开展了并行压缩感知成像技术的研究，提出基于并行调制采样的系统标定与图像重建方法，使压缩感知成像达到实时成像速度，同时具备像素超分辨成像能力。并在此原理上，研制出了高分辨率中红外成像样机，能够利用320×256像素中波红外探测器实现1280×1024分辨率实时成像，该技术对于解决高性能红外传感器分辨率不足对红外成像设备发展的制约具有重要意义。
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压缩感知成像技术涉及领域广泛，与多个研究领域相互交融，在对地遥感、激光雷达、生物医学成像以及其他光电探测领域都有着深入发展的前景。随着新方法、新工具的出现，压缩感知成像技术的成像质量及成像速度将会进一步改善，新研究成果也为压缩感知成像技术提供了一种有效解决缺陷的思路和方法。
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(资料参考来源：中国科学院国家空间科学中心)
