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高空間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比以及高效率的圖像采集傳輸和存儲(chǔ)技術(shù)一直是各類成像儀器的發(fā)展目標(biāo)。在傳統(tǒng)基于香農(nóng)采樣定理的信息獲取技術(shù)中，提升分辨率便意味著光電探測(cè)器的陣元數(shù)量增加以及a/d轉(zhuǎn)換器的采樣頻率提升，這將不可避免地導(dǎo)致系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜及技術(shù)實(shí)現(xiàn)越發(fā)困難。因此，急需發(fā)展各類新型的成像技術(shù)。

壓縮感知是近年來(lái)由數(shù)學(xué)家們所提出的一種采樣理論，它證明信號(hào)在滿足稀疏或在某一變換域內(nèi)稀疏要求的前提下，僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行少量的采樣后，便可通過(guò)重建算法完美恢復(fù)原始信號(hào)，基于這一優(yōu)勢(shì)，壓縮感知理論在眾多領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。而壓縮感知理論與計(jì)算成像相結(jié)合，為成像技術(shù)提供了一種新的解決思路。

壓縮感知成像是一種通過(guò)求解目標(biāo)函數(shù)極值的方式，從少量壓縮采樣數(shù)據(jù)中恢復(fù)高位高清圖像的成像理論，其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(guò)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。

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)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，開(kāi)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，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，他們利用稀疏調(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。

同時(shí)，在時(shí)間高動(dòng)態(tài)成像方面，研究團(tuán)隊(duì)還與北京理工大學(xué)量子技術(shù)研究中心合作開(kāi)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。并在此原理上，研制出了高分辨率中紅外成像樣機(jī)，能夠利用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，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。

壓縮感知成像技術(shù)涉及領(lǐng)域廣泛，與多個(gè)研究領(lǐng)域相互交融，在對(duì)地遙感、激光雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)成像以及其他光電探測(cè)領(lǐng)域都有著深入發(fā)展的前景。隨著新方法、新工具的出現(xiàn)，壓縮感知成像技術(shù)的成像質(zhì)量及成像速度將會(huì)進(jìn)一步改善，新研究成果也為壓縮感知成像技術(shù)提供了一種有效解決缺陷的思路和方法。

(資料參考來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)

關(guān)鍵詞： 成像技術(shù) 動(dòng)態(tài)范圍 成像質(zhì)量