并行单像素成像理论及其在照明光分离中的应用

Single pixel imaging(SPI) is widely used in remote sensing imaging, weak light imaging, optical encryption, and other fields for its advantages of high signal-to-noise-ratio, no limit from diffraction,etc. However, the SPI theory is far fromperfection and needs to be studied. The project appliess SPI to traditional pixel-array imaging system and establish theparallel SPItheory. Each pixel achieves a single pixel image at the same time, which is a great breakthrough of traditional imaging mechanism. To solve the problem of light mixing, we establish a coupling model of direct and indirect illumination, set up the decomposition theory based on parallel SPI, develop a prototype of parallel SPI system separated direct illumination and indirect lighting, and reconstruct the three-dimensional scene of illumination mixing. This reseach has significant theoretical meaning and research value on exploring new SPI mechanism and reconstructing the scene under the illumination of direct and indirect light, which is also instructive to super-resolution imaging and spectral imaging.

单像素成像，具有高信噪比、突破衍射极限等优势，广泛应用于遥感成像、弱光成像、光学加密等领域，然而该理论和方法的研究还远未成熟，亟待探索。本项目突破传统单像素成像中“单个像素”的概念限制，探索将单像素成像应用于像素阵列的传统成像系统，建立面向传统像素化图像探测器的并行单像素成像理论。通过像素阵列中的每个像素同时“并行”地实现单像素成像，使传统成像系统中每个像素可计算获得一幅图像，这是对传统成像机制的巨大突破。基于这种特点，针对照明光混叠问题，建立直接照明光与间接照明光耦合模型，研究基于并行单像素成像的照明光分解理论，研制并行单像素成像系统原理样机，实现直接照明光和间接照明光的分离，重构照明光混叠下的三维场景。本研究对探索新的单像素成像机制、创新传统光学成像系统的成像模型、还原混叠照明光干扰下的真实场景等方面具有重要的理论意义和研究价值，对超分辨率成像和光谱成像等领域具有启发意义。

单像素成像，具有高信噪比、突破衍射极限等优势，广泛应用于遥感成像、弱光成像、光学加密等领域。本项目突破传统单像素成像中“单个像素”的概念限制，将单像素成像应用于像素阵列的传统成像系统，建立面向传统像素化图像探测器的并行单像素成像模型。通过像素阵列中的每个像素同时“并行”地实现单像素成像，使传统成像系统中每个像素可计算获得一幅图像，这是对传统成像机制的巨大突破。.以并行单像素成像为基础，针对照明光混叠问题，建立了基于单像素成像的混叠照明光耦合模型，提出了基于单像素成像模型的直接照明光和间接照明光分解理论，解决了混叠照明光分解与场景三维重构难题，实现了单像素成像原理与传统光学成像机制的理论融合与创新。研制了并行单像素成像系统原理样机，实现了直接照明光和间接照明光的分离，重构照明光混叠下的三维场景。.本项目对探索了新的单像素成像机制，创新了传统光学成像系统的成像模型，可广泛应用于多次反光/半透明/阶跃边缘等表面的三维测量。本项目所突破的共性瓶颈技术极大地拓宽了三维视觉测量仪在航空、航天、交通等装备制造领域应用，提高三维数字测量仪器的市场规模，对于提高我国高端测量仪器水平、促进产业化具有重要意义。