科研人員在高動態壓縮感知成像技術研究取得進展

壓縮感知成像作為一種計算成像技術，具有突破奈奎斯特采樣極限、高通量測量、單像素成像等優勢，在對地遙感、激光雷達、生物醫學等領域具有重要應用價值。然而，傳統壓縮感知成像在空間、時間動態范圍上與普通成像相比均存在不足。一方面，壓縮感知成像對探測器提出了過高的動態范圍要求，導致在有限探測器位數條件下的成像質量較低；另一方面，由于壓縮感知成像需要多次調制與測量獲取信息，因此難以滿足實時成像的應用需求。

針對空間、時間高動態壓縮感知成像的實際需求，中國科學院國家空間科學中心復雜航天系統電子信息技術重點實驗室的劉雪峰團隊開展了一系列研究工作，并不斷取得新進展。在空間高動態成像方面，該研究團隊提出了一種稀疏測量結合并行抖動的壓縮感知成像方法，利用稀疏調制降低待測信號動態范圍，并以疊加隨機抖動信號的多像素探測提升光學測量的有效動態范圍，顯著提高了探測器位數受限時的壓縮感知成像質量，并將對探測器的動態范圍需求降低至1比特（圖1）。相關工作發表在光學領域國際學術期刊Optics Express（IF:3.833）上，并于近日被全球工程領域著名科技網站Advances in Engineering（AIE）遴選為關鍵科學文章進行專題報道。

在時間高動態成像方面，該研究團隊與北京理工大學量子技術研究中心合作開展了并行壓縮感知成像技術的研究，提出基于并行調制采樣的系統標定與圖像重建方法，使壓縮感知成像達到實時成像速度，同時具備像素超分辨成像能力。基于此原理，研制高分辨率中紅外成像樣機，可利用320×256像素中波紅外探測器實現1280×1024分辨率實時成像（圖2），該技術對于解決高性能紅外傳感器分辨率不足對紅外成像設備發展的制約具有重要意義。相關工作發表在光學領域國際學術期刊Optics and Laser Technology（IF:4.939）上。

論文信息及鏈接：

1.Fan Liu, Xue-Feng Liu*, Xu-Ri Yao, Shen-Cheng Dou, Hu Li, and Guang-Jie Zhai, High-quality compressed sensing imaging with limited detector bits using sparse measurements and multiple dithers. Optics Express 30, 22608-22623 (2022).

2.Xiao-Peng Jin, An-Dong Xiong, Xiao-Qing Wang, Xu-Ri Yao, Xue-Feng Liu*, and Qing Zhao*, Long-distance mid-wave infrared super-resolution compressive imaging. Optics and Laser Technology 157, 108740 (2023).

AIE報道鏈接：

圖1. 不同探測器動態范圍條件下的壓縮感知成像結果對比