壓縮感知成像作為一種計(jì)算成像技術(shù)，具有突破奈奎斯特采樣極限、高通量測(cè)量、單像素成像等優(yōu)勢(shì)，在對(duì)地遙感、激光雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，傳統(tǒng)壓縮感知成像在空間、時(shí)間動(dòng)態(tài)范圍上與普通成像相比均存在不足。一方面，壓縮感知成像對(duì)探測(cè)器提出了過高的動(dòng)態(tài)范圍要求，導(dǎo)致在有限探測(cè)器位數(shù)條件下的成像質(zhì)量較低；另一方面，由于壓縮感知成像需要多次調(diào)制與測(cè)量獲取信息，因此難以滿足實(shí)時(shí)成像的應(yīng)用需求。
針對(duì)空間、時(shí)間高動(dòng)態(tài)壓縮感知成像的實(shí)際需求，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的劉雪峰團(tuán)隊(duì)開展了一系列研究工作，并不斷取得新進(jìn)展。在空間高動(dòng)態(tài)成像方面，該研究團(tuán)隊(duì)提出了一種稀疏測(cè)量結(jié)合并行抖動(dòng)的壓縮感知成像方法，利用稀疏調(diào)制降低待測(cè)信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，并以疊加隨機(jī)抖動(dòng)信號(hào)的多像素探測(cè)提升光學(xué)測(cè)量的有效動(dòng)態(tài)范圍，顯著提高了探測(cè)器位數(shù)受限時(shí)的壓縮感知成像質(zhì)量，并將對(duì)探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍需求降低至1比特（圖1）。相關(guān)工作發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Optics Express（IF:3.833）上，并于近日被全球工程領(lǐng)域著名科技網(wǎng)站Advances in Engineering（AIE）遴選為關(guān)鍵科學(xué)文章進(jìn)行專題報(bào)道。
在時(shí)間高動(dòng)態(tài)成像方面，該研究團(tuán)隊(duì)與北京理工大學(xué)量子技術(shù)研究中心合作開展了并行壓縮感知成像技術(shù)的研究，提出基于并行調(diào)制采樣的系統(tǒng)標(biāo)定與圖像重建方法，使壓縮感知成像達(dá)到實(shí)時(shí)成像速度，同時(shí)具備像素超分辨成像能力。基于此原理，研制高分辨率中紅外成像樣機(jī)，可利用320×256像素中波紅外探測(cè)器實(shí)現(xiàn)1280×1024分辨率實(shí)時(shí)成像（圖2），該技術(shù)對(duì)于解決高性能紅外傳感器分辨率不足對(duì)紅外成像設(shè)備發(fā)展的制約具有重要意義。相關(guān)工作發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Optics and Laser Technology（IF:4.939）上。
論文信息及鏈接：
1.Fan Liu, Xue-Feng Liu*, Xu-Ri Yao, Shen-Cheng Dou, Hu Li, and Guang-Jie Zhai, High-quality compressed sensing imaging with limited detector bits using sparse measurements and multiple dithers. Optics Express 30, 22608-22623 (2022).
https://doi.org/10.1364/OE.455147
2.Xiao-Peng Jin, An-Dong Xiong, Xiao-Qing Wang, Xu-Ri Yao, Xue-Feng Liu*, and Qing Zhao*, Long-distance mid-wave infrared super-resolution compressive imaging. Optics and Laser Technology 157, 108740 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108740
AIE報(bào)道鏈接：
https://advanceseng.com/high-quality-compressed-sensing-imaging-limited-detector-bits-sparse-measurements-multiple-dithers/
圖1. 不同探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍條件下的壓縮感知成像結(jié)果對(duì)比
圖2. (a) 中紅外像素超分辨成像樣機(jī)示意圖 (b) 對(duì)分辨率靶標(biāo)及遠(yuǎn)距離目標(biāo)的超分辨成像結(jié)果
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