基于線性陣列傳感器的壓縮成像

周宇陽(yáng)　查長(zhǎng)軍

【摘 要】針對(duì)單列像素結(jié)構(gòu)的壓縮成像系統(tǒng)中存在過(guò)度采樣和目標(biāo)移動(dòng)過(guò)程中可能暫停的問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的基于線性傳感器的移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣方法。該方法通過(guò)較高的采樣頻率不斷地獲取壓縮測(cè)量值，當(dāng)壓縮測(cè)量值樣本數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后，通過(guò)比較的方式來(lái)判斷后續(xù)測(cè)量值是否有效；如果測(cè)量值保持不變，此時(shí)表示目標(biāo)處于暫停狀態(tài)，判別測(cè)量值無(wú)效并丟棄；反之，保留并繼續(xù)壓縮采樣。理論分析與實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明，采用本文方法對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行壓縮采樣時(shí)，能夠有效的消除目標(biāo)暫停而導(dǎo)致的過(guò)度采樣問(wèn)題；并利用傳統(tǒng)的重構(gòu)方法能夠有效地恢復(fù)出目標(biāo)完整的圖像。

【關(guān)鍵詞】壓縮感知；壓縮成像；圖像重構(gòu)；移動(dòng)目標(biāo)圖像

0 引言

壓縮成像（Compressive Imaging，CI）作為壓縮感知理論的一個(gè)重要研究領(lǐng)域[1-4]，是通過(guò)少量的測(cè)量值重構(gòu)得到原始圖像，其研究成果中最為典型的是單像素相機(jī)。該相機(jī)是利用單像素和空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)前景的壓縮采樣，但這種方式在完成壓縮采樣前，要求前景處于靜止?fàn)顟B(tài)或變化微小，否則并不能較好的重構(gòu)出原始圖像。對(duì)于移動(dòng)目標(biāo)，文獻(xiàn)[5]提出了一種基于線性陣列傳感器的移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣方法。這種壓縮采樣方法對(duì)于持續(xù)移動(dòng)的目標(biāo)有較好的效果，如果目標(biāo)在感知區(qū)域由移動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)向暫停狀態(tài)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)度采樣現(xiàn)象，這樣就不能夠很好的重構(gòu)出目標(biāo)圖像。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了一種改進(jìn)的基于線性陣列的移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣方法，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。

1 壓縮感知基本理論

2 移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣系統(tǒng)

圖1給出了一種改進(jìn)的基于傳感器線性結(jié)構(gòu)的移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)按列獲取移動(dòng)目標(biāo)測(cè)量值，當(dāng)獲得原始圖像中某一列的壓縮測(cè)量向量時(shí)，將其后的k個(gè)測(cè)量值向量yM+1，yM+2，…，yM+k與yM進(jìn)行比較，如果yM=yM+1=…=yM+k，則表明目標(biāo)處于暫停狀態(tài)，此后的個(gè)測(cè)量值向量屬于過(guò)度采樣，直接丟棄；直到測(cè)量值發(fā)生變化時(shí)，保留測(cè)量值，繼續(xù)壓縮采樣。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與分析

為了驗(yàn)證壓縮采樣方法的有效性，本文進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。假設(shè)目標(biāo)移動(dòng)到傳感器視場(chǎng)，暫停移動(dòng)一段時(shí)間后，繼續(xù)前進(jìn)。為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果，本文首先對(duì)分辨率為128×128的灰度圖像進(jìn)行插值處理；然后按照前文所述方法利用隨機(jī)測(cè)量矩陣對(duì)該樣本圖像進(jìn)行壓縮采樣，并采用正交匹配追蹤（OMP）算法重構(gòu)。

在重構(gòu)階段，我們假設(shè)原圖像各列稀疏度K=40，測(cè)量次數(shù)M為80，比較本文與傳統(tǒng)的壓縮采樣方法的圖像重構(gòu)效果如圖2所示。

圖2（a）是標(biāo)準(zhǔn)圖像（圖像大小為）。圖2（b）是采用傳統(tǒng)的按列壓縮采樣方法重構(gòu)效果圖；圖2（c）是采用本文方法進(jìn)行壓縮采樣后重構(gòu)圖像效果。由于，移動(dòng)目標(biāo)在傳感器視場(chǎng)暫停一段時(shí)間，所以傳統(tǒng)的采樣系統(tǒng)重構(gòu)出的圖像中存在一段紋理，整個(gè)圖像不連續(xù)；而本文方法能夠有效的消除這種影響。

4 總結(jié)

本文針對(duì)傳統(tǒng)的移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣方法的不足，提出了一種改進(jìn)的移動(dòng)目標(biāo)壓縮采樣方法，該方法通過(guò)測(cè)量值的變化來(lái)判斷是否為有效值。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)本文方法進(jìn)行壓縮采樣，能夠消除由于目標(biāo)停止運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生過(guò)采樣問(wèn)題，有效重構(gòu)出目標(biāo)圖像。

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