基于时间拉伸的压缩超快成像装置、方法及存储介质

1.本技术涉及但不限于高速成像技术领域，尤其涉及一种基于时间拉伸的压缩超快成像装置、方法及存储介质。


背景技术：

2.超快成像技术是探知各种未知瞬态过程的一项关键核心技术，利用超快成像技术能够记录不可重复或难以产生的瞬态事件。相关技术中，压缩超快成像(compressed u ltrafastphotography,cup)是超快成像中最常见的成像系统之一，在可视化的二维空间信息超快成像中广泛应用。但cup成像的时间分辨率受制于条纹相机中条纹管的响应时间分辨率，一般能够达到的时间分辨率只有皮秒级，超快成像时间分辨率较低。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种基于时间拉伸的压缩超快成像装置、方法及存储介质，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种基于时间拉伸的压缩超快成像装置，包括：
5.激光生成模块，所述激光生成模块用于发出激光；
6.准直模块，所述准直模块与所述激光生成模块光路连接，所述准直模块用于对所述激光进行准直处理；
7.激光转换模块，所述激光转换模块与所述准直模块光路连接，所述激光转换模块用于将准直后的所述激光转换成空间光；
8.编码模块，所述编码模块与所述激光转换模块光路连接，所述编码模块用于根据所述空间光进行编码；
9.图像采集模块，所述图像采集模块与所述编码模块连接；
10.控制处理模块，所述控制处理模块分别与所述激光生成模块和所述图像采集模块通信连接，所述控制处理模块用于根据所述图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧。
11.根据本技术第一方面实施例的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，至少具有如下有益效果：基于时间拉伸的压缩超快成像装置包括：激光生成模块、准直模块、激光转换模块、编码模块、图像采集模块和控制处理模块，其中，准直模块与激光生成模块光路连接，激光转换模块与准直模块光路连接，编码模块与激光转换模块光路连接，图像采集模块与编码模块连接，控制处理模块分别与激光生成模块和图像采集模块通信连接。控制处理模块控制激光生成模块发出激光，再利用准直模块对激光进行准直处理，以提高激光的方向稳定性，随后经激光转换模块将准直后的激光转换成空间光，以便于利用编码模块根据空间光进行编码，空间光完成编码后经光路传输至图像采集模块，图像采集模块用于采集观测图像，再通过控制处理模块根据图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。基于本技术提供的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，
利用激光转换模块对激光进行时间拉伸得到空间光，再利用编码模块对空间光进行空间分离并进行编码，空间光完成编码后经光路传输至图像采集模块，能够实现超快动态场景的拍摄，再通过控制处理模块根据图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧，以重构出超快动态场景的目标图像序列帧，相较于相关技术中采用受制于条纹相机中条纹管的响应时间分辨率的cup成像，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
12.根据本技术第一方面的一些实施例，所述激光生成模块包括激光器和衰减器，所述激光器与所述衰减器光路连接。
13.根据本技术第一方面的一些实施例，所述准直模块包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜依次光路连接。
14.根据本技术第一方面的一些实施例，所述激光转换模块包括第一准直器、第二准直器和时间色散器，所述时间色散器分别与所述第一准直器和所述第二准直器光路连接。
15.根据本技术第一方面的一些实施例，所述编码模块包括空间色散器、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和掩码板，所述空间色散器、所述第四反射镜、所述第五反射镜、所述第一透镜、所述第二透镜、所述掩码板、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六反射镜依次光路连接。
16.第二方面，本技术实施例提供了一种基于时间拉伸的压缩超快成像方法，应用于第一方面所述的基于时间拉伸的压缩超快成像装置的控制处理模块，包括：
17.获取所述图像采集模块发送的所述观测图像；
18.利用欠定方程组对所述观测图像进行处理，得到所述观测图像对应的原信号；
19.根据两步迭代收缩/阈值算法对所述原信号进行图像重建，得到所述目标图像序列帧。
20.根据本技术第二方面实施例的基于时间拉伸的压缩超快成像方法，至少具有如下有益效果：获取图像采集模块发送的观测图像，随后利用欠定方程组对观测图像进行处理，得到观测图像对应的原信号，能够有效提高计算效率，再根据两步迭代收缩/阈值算法对原信号进行图像重建，以保证精确重构原信号，得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
21.根据本技术第二方面的一些实施例，所述欠定方程组为y＝φx＝φψs＝as，
22.其中，y表示已知测量值，y∈rm，φ表示测量矩阵，φ的大小为m
×
n，x表示所述原信号，x∈rn，ψ表示稀疏基矩阵，s表示稀疏系数，s中非零元素的个数为c，且c《m《n，a表示感知矩阵，a＝φψ，a的大小为m
×
n。
23.根据本技术第二方面的一些实施例，所述利用欠定方程组对所述观测图像进行处理，得到所述观测图像对应的原信号，包括：
24.当所述感知矩阵满足限制等距特性准则，利用预设的信号重构算法，得目标稀疏系数；
25.根据所述目标稀疏系数和所述欠定方程组，确定所述原信号。
26.根据本技术第二方面的一些实施例，所述两步迭代收缩/阈值算法为
[0027][0028]
其中，‖
·
‖2是l2范数，‖
·
‖
tv
是tv函数，r表示调整正则化参数与测量保真度的权重比，i表示动态场景数据，t表示时间-空间积分算子，s表示垂直方向上的时间剪切算子，c
表示编码算子，e表示所述观测图像的图像数据。
[0029]
第三方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如第二方面所述的基于时间拉伸的压缩超快成像方法。
附图说明
[0030]
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
[0031]
图1是本技术一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像装置的模块示意图；
[0032]
图2是本技术另一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像装置的光路示意图；
[0033]
图3是本技术另一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像方法的步骤流程图；
[0034]
图4是本技术另一个实施例提供的得到观测图像对应的原信号的步骤流程图；
[0035]
图5是本技术另一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0036]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0037]
可以理解的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0038]
本技术提供了一种基于时间拉伸的压缩超快成像装置、方法及存储介质，其中，基于时间拉伸的压缩超快成像装置包括：激光生成模块、准直模块、激光转换模块、编码模块、图像采集模块和控制处理模块，其中，准直模块与激光生成模块光路连接，激光转换模块与准直模块光路连接，编码模块与激光转换模块光路连接，图像采集模块与编码模块连接，控制处理模块分别与激光生成模块和图像采集模块通信连接。控制处理模块控制激光生成模块发出激光，再利用准直模块对激光进行准直处理，以提高激光的方向稳定性，随后经激光转换模块将准直后的激光转换成空间光，以便于利用编码模块根据空间光进行编码，空间光完成编码后经光路传输至图像采集模块，图像采集模块用于采集观测图像，再通过控制处理模块根据图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。基于本技术提供的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，利用激光转换模块对激光进行时间拉伸得到空间光，再利用编码模块对空间光进行空间分离并进行编码，空间光完成编码后经光路传输至图像采集模块，能够实现超快动态场景的拍摄，再通过控制处理模块根据图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧，以重构出超快动态场景
的目标图像序列帧，相较于相关技术中采用受制于条纹相机中条纹管的响应时间分辨率的cup成像，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
[0039]
下面结合附图，对本技术实施例作进一步阐述。
[0040]
参照图1，图1是本技术一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像装置的模块示意图，该基于时间拉伸的压缩超快成像装置100包括：
[0041]
激光生成模块110，激光生成模块110用于发出激光；
[0042]
准直模块120，准直模块120与激光生成模块110光路连接，准直模块120用于对激光进行准直处理；
[0043]
激光转换模块130，激光转换模块130与准直模块120光路连接，激光转换模块130用于将准直后的激光转换成空间光；
[0044]
编码模块140，编码模块140与激光转换模块130光路连接，编码模块140用于根据空间光进行编码；
[0045]
图像采集模块150，图像采集模块150与编码模块140连接；
[0046]
控制处理模块160，控制处理模块160分别与激光生成模块110和图像采集模块150通信连接，控制处理模块160用于根据图像采集模块150发送的观测图像得到目标图像序列帧。
[0047]
需要说明的是，本技术实施例并不限制图像采集模块150的具体类型，可以是同步型条纹相机，也可以是飞秒条纹相机，还可以是高动态范围条纹相机。可以理解的是，同步型条纹相机能够同步捕获空间数据或频谱数据，具有响应速度快、时间分辨率高和可靠性高的特性，采用同步型条纹相机能够有效提高图像采集的精确度。
[0048]
可以理解的是，控制处理模块160控制激光生成模块110发出激光，再利用准直模块120对激光进行准直处理，以提高激光的方向稳定性，随后经激光转换模块130将准直后的激光转换成空间光，以便于利用编码模块140根据空间光进行编码，由于空间光的脉冲频率分量不同，根据不同的脉冲频率分量对应不同的空间坐标，以实现编码。空间光完成编码后经光路传输至图像采集模块150，图像采集模块150用于采集观测图像，再通过控制处理模块160根据图像采集模块150发送的观测图像得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。基于本技术提供的基于时间拉伸的压缩超快成像装置100，利用激光转换模块130对激光进行时间拉伸得到空间光，再利用编码模块140对空间光进行空间分离并进行编码，空间光完成编码后经光路传输至图像采集模块150，能够实现超快动态场景的拍摄，再通过控制处理模块160根据图像采集模块150发送的观测图像得到目标图像序列帧，以重构出超快动态场景的目标图像序列帧，相较于相关技术中采用受制于条纹相机中条纹管的响应时间分辨率的cup成像，不需要特定的光源约束条件，光路简单，能够有效减少光损失，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
[0049]
参照图2，在本技术的一些实施例中，激光生成模块110包括激光器111和衰减器112，激光器111与衰减器112光路连接。
[0050]
需要说明的是，本技术实施例并不限制激光器111的具体类型，可以是飞秒激光器，也可以是光纤激光器，还可以是超短脉冲激光器。可以理解的是飞秒激光器具有能量大、脉冲短、速度快和高分辨率的特性，采用飞秒激光器作为激光器，能够保证激光器发出激光的光质量和光谱稳定性。
[0051]
可以理解的是，激光器111的输出功率可以为1300nw，波长可以为800nm。衰减器112的出光口可以为0.05％，能够有效降低激光的光强。
[0052]
可以理解的是，激光器111发出激光，由于激光器111与衰减器112光路连接，激光沿光路经过衰减器112，以降低激光的光强，避免产生过曝现象导致图像采集模块150受损的问题，同时也能保证超快成像的精准度。
[0053]
在本技术的一些实施例中，准直模块120包括第一反射镜121、第二反射镜122和第三反射镜123，第一反射镜121、第二反射镜122和第三反射镜123依次光路连接。
[0054]
需要说明的是，本技术实施例并不限制准直模块120的具体结构，可以是包括有第一反射镜121、第二反射镜122和第三反射镜123，也可以是包括有三个以上的反射镜等，能够实现对激光进行准直处理即可。
[0055]
可以理解的是，激光经衰减器112后延光路依次经过第一反射镜121、第二反射镜122和第三反射镜123，使得激光变成准直的激光，以提高激光的方向稳定性。并且，激光经第一反射镜121、第二反射镜122和第三反射镜123的角度调整，使得激光的高度与图像采集模块150的狭缝高度相同，减少高度落差，能够提高图像采集模块150所采集的观测图像的精确度。
[0056]
在本技术的一些实施例中，激光转换模块130包括第一准直器131、第二准直器132和时间色散器133，时间色散器133分别与第一准直器131和第二准直器132光路连接。
[0057]
需要说明的是，本技术实施例并不限制激光转换模块130的具体结构，可以是包括有第一准直器131、第二准直器132和时间色散器133，还可以包括有三个以上的准直器和时间色散器133等，能够实现将准直后的激光转换成空间光即可。
[0058]
可以理解的是，激光经准直模块120后沿光路进入激光转换模块130，其中，光转换模块包括第一准直器131、第二准直器132和时间色散器133，时间色散器133分别与第一准直器131和第二准直器132光路连接，准直后的激光依次经过第一准直器131、时间色散器133和第二准直器132。准直后的激光先经过第一准直器131进行准直，以保证激光的方向稳定性，再进入时间色散器133，使得激光的脉冲频谱映射或时间拉伸为1d时间数据流，能够减少光损耗，随后经过第二准直器132转化为空间光。
[0059]
在本技术的一些实施例中，编码模块140包括空间色散器141、第四反射镜142、第五反射镜143、第六反射镜144、第一透镜145、第二透镜146、第三透镜147、第四透镜148和掩码板149，空间色散器141、第四反射镜142、第五反射镜143、第一透镜145、第二透镜146、掩码板149、第三透镜147、第四透镜148和第六反射镜144依次光路连接。
[0060]
需要说明的是，本技术实施例并不限制编码模块140的具体结构，可以是包括有空间色散器141、第四反射镜142、第五反射镜143、第六反射镜144、第一透镜145、第二透镜146、第三透镜147、第四透镜148和掩码板149，也可以是包括有空间色散器141、三个以上的反射镜、四个以上的透镜和掩码板149等。
[0061]
可以理解的是，第一透镜145的焦距可以为75mm，第二透镜146的焦距可以为100mm，第一透镜145和第二透镜146组成的第一光学4f系统，使得彩虹光束聚焦于掩码板149，第三透镜147的焦距可以为100mm，第四透镜148的焦距可以为150mm，第三透镜147和第四透镜148组成的第二光学4f系统，能够实现光学滤波。
[0062]
可以理解的是，空间光沿光路进入编码模块140，其中，编码模块140包括空间色散
器141、第四反射镜142、第五反射镜143、第六反射镜144、第一透镜145、第二透镜146、第三透镜147、第四透镜148和掩码板149，空间色散器141、第四反射镜142、第五反射镜143、第一透镜145、第二透镜146、掩码板149、第三透镜147、第四透镜148和第六反射镜144依次光路连接。空间光先进入空间色散器141，使得空间光的脉冲光谱映射为1d或2d的彩虹光束，以实现对空间光的空间分离，从而照亮动态样品200，其中，动态样品200位于空间色散器141与第四反射镜142中间位置。利用空间光的脉冲频率分量不同，根据不同的脉冲频率分量对应于动态样本上的不同的空间坐标，以实现编码。编码后的彩虹光束先经过第四反射镜142和第五反射镜143，以保证编码后的彩虹光束的光传递方向准确性，再经过由第一透镜145和第二透镜146组成的第一光学4f系统，使得彩虹光束聚焦于掩码板149，其中，掩码板149上预先加载了随机矩阵，以保证编码的高效性。编码后的图像沿光路进入由第三透镜147和第四透镜148组成的第二光学4f系统，以实现对编码后的图像进行滤波处理，提高编码后的图像的图像质量，能够减少数据冗余，从而有效提高超快成像的时间分辨率，再经过第六反射镜144后到达图像采集模块150。
[0063]
参照图3，图3是本技术一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像方法的步骤流程图，该基于时间拉伸的压缩超快成像方法应用于上述基于时间拉伸的压缩超快成像装置100的控制处理模块160，该方法包括但不限于有以下步骤：
[0064]
步骤310，获取图像采集模块发送的观测图像；
[0065]
步骤320，利用欠定方程组对观测图像进行处理，得到观测图像对应的原信号；
[0066]
步骤330，根据两步迭代收缩/阈值算法对原信号进行图像重建，得到目标图像序列帧。
[0067]
可以理解的是，获取图像采集模块发送的观测图像，随后利用欠定方程组对观测图像进行处理，得到观测图像对应的原信号，能够有效提高计算效率，再根据两步迭代收缩/阈值算法对原信号进行图像重建，以保证精确重构原信号，得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
[0068]
在本技术的一些实施例中，欠定方程组为y＝φx＝φψs＝as，
[0069]
其中，y表示已知测量值，y∈rm，φ表示测量矩阵，φ的大小为m
×
n，x表示原信号，x∈rn，ψ表示稀疏基矩阵，s表示稀疏系数，s中非零元素的个数为c，且c《m《n，a表示感知矩阵，a＝φψ，a的大小为m
×
n。
[0070]
可以理解的是，压缩感知对于稀疏信号或可压缩信号，可采用低于奈奎斯特采样频率的方式对数据采样，降低数据传输量，并精确地重建该信号。但自然信号本身不是稀疏的，需要在稀疏基上进行稀疏化，即令x＝ψs，得到信号稀疏化表示，于是得到欠定方程组为y＝φx＝φψs＝as。
[0071]
另外，参照图4，在一实施例中，图3所示实施例中的步骤320还包括但不限于有以下步骤：
[0072]
步骤410，当感知矩阵满足限制等距特性准则，利用预设的信号重构算法，得目标稀疏系数；
[0073]
步骤420，根据目标稀疏系数和欠定方程组，确定原信号。
[0074]
可以理解的是，预设的信号重构算法可以是min‖s‖0.s.t.y＝as，该限制等距特性准则定义为存在矩阵b的限制等距特性准则参数δk，0《δk《1，且满足
其中，c表示k的稀疏信号，若δk《1，则矩阵b满足k阶层限制等距特性准则。
[0075]
可以理解的是，在已知测量值和感知矩阵的基础上，求解稀疏系数或者原信号相当于是求解线性方程组的问题，在欠定方程组中，由于方程式的数量远小于未知数的数量，该问题变成了求解欠定方程组的问题，但欠定方程组的解存在无穷多个。当感知矩阵满足限制等距特性准则，利用预设的信号重构算法，能够计算得到欠定方程组的唯一解，得目标稀疏系数，再根据目标稀疏系数和欠定方程组，确定原信号。
[0076]
在本技术的一些实施例中，两步迭代收缩/阈值算法为
[0077][0078]
其中，‖
·
‖2是l2范数，‖
·
‖
tv
是tv函数，r表示调整正则化参数与测量保真度的权重比，i表示动态场景数据，t表示时间-空间积分算子，s表示垂直方向上的时间剪切算子，c表示编码算子，e表示观测图像的图像数据。
[0079]
可以理解的是，可以将初始猜想设为n维空间中的一个点记为i0，从初始点i0开始搜索目标点i
l
，在每次迭代中更新中间点ii，直到中间点ii接近目标点i
l
，其中，搜索路径应遵循预设的信号重构算法，以提高所得到的目标图像序列帧的精确度。采用两步迭代收缩/阈值算法对原信号进行图像重建，得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。
[0080]
参照图5，图5是本技术另一个实施例提供的基于时间拉伸的压缩超快成像方法的步骤流程图，该基于时间拉伸的压缩超快成像方法应用于上述基于时间拉伸的压缩超快成像装置100的控制处理模块160，该方法还可以包括但不限于有以下步骤：
[0081]
步骤s510，获取动态光束的编码图像；
[0082]
步骤s520，获取图像采集模块发送的压缩动态场景图；
[0083]
步骤s530，将压缩动态场景图和编码图像输入预设的重构算法模型，得到动态场景图像序列帧。
[0084]
可以理解的是，当动态光束被编码后的编码图像传输至图像采集模块，图像采集模块剪切动态场景并拍摄剪切后的场景，得到压缩动态场景图。获取动态光束的编码图像和压缩动态场景图，并将压缩动态场景图和编码图像输入预设的重构算法模型，从而得到动态场景图像序列帧，能够完整拍摄动态过程，实现超快动态场景的观测，保证超快成像的时间分辨率。
[0085]
此外，本技术的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的应用于基于时间拉伸的压缩超快成像装置100的控制处理模块160的基于时间拉伸的压缩超快成像方法，例如，执行以上描述的图3中的方法步骤310至方法步骤330、图4中的方法步骤410至方法步骤420和图5的方法步骤s510至方法步骤s530。本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据
结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0086]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0087]
以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种基于时间拉伸的压缩超快成像装置，其特征在于，包括：激光生成模块，所述激光生成模块用于发出激光；准直模块，所述准直模块与所述激光生成模块光路连接，所述准直模块用于对所述激光进行准直处理；激光转换模块，所述激光转换模块与所述准直模块光路连接，所述激光转换模块用于将准直后的所述激光转换成空间光；编码模块，所述编码模块与所述激光转换模块光路连接，所述编码模块用于根据所述空间光进行编码；图像采集模块，所述图像采集模块与所述编码模块连接；控制处理模块，所述控制处理模块分别与所述激光生成模块和所述图像采集模块通信连接，所述控制处理模块用于根据所述图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧。2.根据权利要求1所述的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，其特征在于，所述激光生成模块包括激光器和衰减器，所述激光器与所述衰减器光路连接。3.根据权利要求1所述的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，其特征在于，所述准直模块包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜和所述第三反射镜依次光路连接。4.根据权利要求1所述的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，其特征在于，所述激光转换模块包括第一准直器、第二准直器和时间色散器，所述时间色散器分别与所述第一准直器和所述第二准直器光路连接。5.根据权利要求1所述的基于时间拉伸的压缩超快成像装置，其特征在于，所述编码模块包括空间色散器、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和掩码板，所述空间色散器、所述第四反射镜、所述第五反射镜、所述第一透镜、所述第二透镜、所述掩码板、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第六反射镜依次光路连接。6.一种基于时间拉伸的压缩超快成像方法，应用于权利要求1至5任意一项所述的基于时间拉伸的压缩超快成像装置的控制处理模块，其特征在于，包括：获取所述图像采集模块发送的所述观测图像；利用欠定方程组对所述观测图像进行处理，得到所述观测图像对应的原信号；根据两步迭代收缩/阈值算法对所述原信号进行图像重建，得到所述目标图像序列帧。7.根据权利要求6所述的基于时间拉伸的压缩超快成像方法，其特征在于，所述欠定方程组为y＝φx＝φψs＝as，其中，y表示已知测量值，y∈r
m
，φ表示测量矩阵，φ的大小为m
×
n，x表示所述原信号，x∈r
n
，ψ表示稀疏基矩阵，s表示稀疏系数，s中非零元素的个数为c，且c<m<n，a表示感知矩阵，a＝φψ，a的大小为m
×
n。8.根据权利要求7所述的基于时间拉伸的压缩超快成像方法，其特征在于，所述利用欠定方程组对所述观测图像进行处理，得到所述观测图像对应的原信号，包括：当所述感知矩阵满足限制等距特性准则，利用预设的信号重构算法，得目标稀疏系数；根据所述目标稀疏系数和所述欠定方程组，确定所述原信号。9.根据权利要求6所述的基于时间拉伸的压缩超快成像方法，其特征在于，所述两步迭
代收缩/阈值算法为其中，‖
·
‖2是l2范数，‖
·
‖
tv
是tv函数，r表示调整正则化参数与测量保真度的权重比，i表示动态场景数据，t表示时间-空间积分算子，s表示垂直方向上的时间剪切算子，c表示编码算子，e表示所述观测图像的图像数据。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求6至9中任一项所述的基于时间拉伸的压缩超快成像方法。

技术总结
本申请公开了一种基于时间拉伸的压缩超快成像装置、方法及存储介质，其中，基于时间拉伸的压缩超快成像装置包括：激光生成模块，激光生成模块用于发出激光；准直模块，准直模块与激光生成模块光路连接，准直模块用于对激光进行准直处理；激光转换模块，激光转换模块与准直模块光路连接，激光转换模块用于将准直后的激光转换成空间光；编码模块，编码模块与激光转换模块光路连接，编码模块用于根据空间光进行编码；图像采集模块，图像采集模块与编码模块连接；控制处理模块，控制处理模块分别与激光生成模块和图像采集模块通信连接，控制处理模块用于根据图像采集模块发送的观测图像得到目标图像序列帧，能够有效提高超快成像的时间分辨率。时间分辨率。时间分辨率。


技术研发人员：孟垂松 丁毅 黄克森 马钊 李英荣 卓节锴 潘剑
受保护的技术使用者：五邑大学
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/12