(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211219783.3 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 韩静　于浩天　郑东亮　吕嫩晴　 徐馨雅　 (74)专利代理 机构 南京苏创专利代理事务所 (普通合伙) 32273 专利代理师 石嘉蓉 (51)Int.Cl. G01B 11/25(2006.01) G01V 8/10(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于压缩感知与HSI的水下并行单像素 成像方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于压缩感知与HSI的水 下并行单像素成像方法， 包括： 首先通过投影仪 将压缩采样的哈达玛图案投射到水下的被测物 体上， 并通过相机捕获从被测物体表 面反射的压 缩采样图案； 而后基于投射和捕获的压缩采样图 案， 利用压缩重构算法求解并定位相机单像素点 的可观测区域； 最后进一步投射周期性扩展模式 图案， 使用图像重构算法获取相机单像素点对应 的场景反射率， 建立投影仪像素和相机像素之间 的对应关系， 实现水下目标的三维光学重建。 本 发明在并行单像素成像法的基础上运用压缩感 知进一步减少了数据采集时间， 大大提高了单像 素成像的测量效率， 有利于促进单像素成像在水 下3D测量领域的应用。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115290004 A 2022.11.04 CN 115290004 A 1.一种基于 压缩感知与HSI的水 下并行单像素成像方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 通过投影仪将压缩采样的哈达玛图案投射到水下的被测物体上， 并通过相机捕 获从被测物体表面反射的压缩 采样图案； 步骤2： 基于投射和捕 获的压缩采样图案， 利用压缩重构算法求解并定位相机单像素点 的可观测区域； 步骤3： 通过投影仪进一步投影周期性扩展模式图案， 并通过相机捕 获从被测物体表面 反射的扩展模式图案； 步骤4： 基于相机捕 获的扩展模式图案， 使用图像重构算法获取相机单像素点对应的场 景反射率， 建立投影仪像素和相机像素之间的对应关系， 实现水 下目标的三维光学重建。 2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知与HSI的水下并行单像素成像方法， 其特征 在于， 所述 步骤1中哈达 玛图案的调制过程具体包括： 步骤1.1： 采用哈达玛矩阵构造出具有相互正交性质的投影调制信息 ， 具体包括 和 两种投影模式， 即： 用 阶哈达玛矩阵的每一行构造出 ， 每 一列构造出 ； 步骤1.2： 按照连接域由小到大的顺序对步骤1.1所构造的哈达玛图案进行重排序， 并 从前开始按压缩率 选取重排序下的哈达 玛图案进行投影， 完成压缩 采样过程。 3.根据权利要求2所述的一种基于压缩感知与HSI的水下并行单像素成像方法， 其特征 在于， 所述 步骤2具体包括： 步骤2.1： 基于投射和捕获的压缩采样图案， 应用梯度投影法重建恢复出相机单像素点 分别在横向和纵向坐标轴上的一维哈达 玛系数； 步骤2.2： 对获取的一维哈达玛系数作哈达玛逆变换， 计算得到相机单像素点分别在横 向和纵向坐标轴上的投影函数； 步骤2.3： 该投影函数中值大于噪声阈值的区域即为对应相机像素可观测到的横向或 纵向区域范围， 由此实现相机单像素点的可 见区域定位。 4.根据权利要求3所述的一种基于压缩感知与HSI的水下并行单像素成像方法， 其特征 在于， 所述 步骤3中周期性扩展模式图案的调制过程具体包括： 选取大于可见区域范围的 哈达玛矩阵作为周期扩展模 式的哈 达玛基， 将其每一行 重塑为对应的二维模式 ， 并据此完成周期扩展。 5.根据权利要求4所述的一种基于压缩感知与HSI的水下并行单像素成像方法， 其特征 在于， 所述 步骤4具体包括： 步骤4.1： 首先对相机单像素对 应的 个哈达玛系数进行哈达玛逆 变换， 获取相机 单像素点对应的场景反射 率 ； 步骤4.2： 将 进行周期性扩展， 铺满整个投影区域， 得到大小为 的全场 景反射率； 步骤4.3： 根据可见区域 的定位信息， 将 区域以外的 置零， 获取相机单 像素点实际可 见区域的反射 率 ；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290004 A 2步骤4.4： 进一步对 区域内低于噪声阈值的反射率 进行滤除， 得到 ， 并采用灰度质心法获得所需投影仪像素的亚像素坐标 ， 由此建立投影仪 像素和相机像素之间的对应关系， 实现水 下目标的三维光学重建。 6.根据权利要求5所述的一种基于压缩感知与HSI的水下并行单像素成像方法， 其特征 在于， 所述 步骤4.1中通过差分哈达 玛投影来获取每一个哈达 玛系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290004 A 3