单像素成像的原理
基于测量基优化的低采样率单像素成像
光学 精密工程Optics and Precision Engineering第 29 卷 第 5 期2021年5月Vol. 29 No. 5May 2021文章编号 1004-924X(2021)05-1008-06基于测量基优化的低采样率单像素成像赵梓栋】，杨照华"，李高亮2(1.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191；2.北京华航无线电测量研究所，北京100010)摘要：单像素成像结合压缩感知相关算法利用很少一部分无空间分辨的桶探测器采样值就能重构出成像物体的高质量 图像。
然而，随机地选取投射的散斑序列无法在更低的采样率下成像。
为进一步实现单像素成像在极低采样率下的成像效果，本文提出了基于数据驱动的哈达玛矩阵排序方案，利用对整个数据集的训练效果来自适应地选择透射的散斑信号序列，在重构图像过程中使用两种不同的压缩感知相关算法在数值仿真和实验条件下实现了 5%超低采样率下对成像物体的图像重构，并和目前最优的哈达玛矩阵排序方案进行了比较，发现在1%〜5%的采样率下本文方法的重构效果更优。
本文研究成果可用于提升单像素成像的成像速度，在成像制导和医学成像中有着极大的应用前景。
关 键 词：鬼成像；单像素成像；压缩感知；哈达玛矩阵排序；数据驱动中图分类号：O431. 2 文献标识码：A doi ：10. 37188/OPE. 20212905. 1008Sub -Nyquist single -pixel imaging by optimizing sampling basisZHAO Zi -dong 1 , YANG Zhao -hua 1* , LI Gao -liang(1. Beijing University of A eronautics and Astronautics , Beijing 100191, China ;2. Beijing Huahang Radio Measure/nent Institute , Beijing 100010, China )* Corresponding author , E -mail ： yangzh@buaa. edu. cnAbstract ： Single -pixel imaging combined with compressed sensing can reconstruct high -quality images ofan imaged object from a small part of the measurement results of a bucket detector without a spatial resolu tion. However , at low sampling rates , randomly selected projected speckle sequences limit the quality ofreconstructed images. To achieve improved imaging at very low sampling rates ， this paper proposes a da ta -driven Hadamard matrix sorting scheme ， which uses the training effect of an entire dataset to adaptively select transmitted speckle signal sequences. In the process of reconstructing an image , two different com pressed -sensing -related algorithms are employed to realize the image reconstruction of an imaged object atan ultra -low sampling rate of 5% in a numerical simulation and physical experiment ， and it is sorted with the current optimal correlation Hadamard matrix. The schemes are compared ， and it is found that the re construction effect of the method proposed in this paper is better at sampling rates of 1% to 5%. The re search results presented in this paper can be used to increase the imaging speed of single -pixel imaging ， and can be applied to fields such as imaging guidance and medical imaging.Key words ： ghost imaging ； single pixel imaging ； compressed sensing ； Hadamard matrix reordering ； datadriven收稿日期:2020-10-14;修订日期:2020-10-29.基金项目：国家自然科学基金资助项目(No. 61973018,No. 61801452);国家民用航天项目资助(No.G040301)第5期赵梓栋，等:基于测量基优化的低采样率单像素成像10091引言二维图像是如今应用最为广泛的光电信息之一。
单像素成像 频域编码
单像素成像频域编码
单像素成像是一种新兴的成像技术，它通过使用单个探测器（通常是光探测器）来捕获整个图像。
这种技术的原理是利用编码光源对目标进行照射，然后测量经过目标反射或透射的光。
频域编码是单像素成像中常用的一种技术，它利用信号处理和数学算法来解析通过单个探测器测量到的光信号，从而重建出完整的图像。
单像素成像的优势在于它可以通过使用较少的硬件来实现高质量的成像，这对于成本昂贵的成像设备来说具有重要意义。
此外，单像素成像还可以在光学不透明的介质中实现成像，例如在医学成像和地质勘探中具有潜在的应用前景。
频域编码则是单像素成像中的一种技术手段，它通过在光源或目标上施加特定的编码模式，例如随机模式或者特定频率的模式，来实现对光信号的编码。
然后利用数学算法进行信号处理，可以从编码后的光信号中还原出目标的图像信息。
总的来说，单像素成像结合频域编码技术为我们提供了一种新颖而高效的成像方法，它在光学成像领域具有广阔的应用前景，可以应用于医学影像学、遥感、安全检测等领域。
当然，这种技术也
面临着一些挑战，例如信号处理的复杂性和成像速度的限制，但随着技术的不断进步，相信单像素成像和频域编码技术会得到更广泛的应用和改进。
单反相机的原理和结构
一单反相机的原理和结构銅峰电子刘根数码单反相机的全称是数码单镜头反光相机（Digital single lens reflex）,缩写为DSLR。
数码单反相机专指使用单镜头取景方式对景物进行拍摄的一种照相机，拍摄者使用相机背后的光学取景框进行观察，通过观察安装在相机前段的镜头所提供的视觉角度的大小进行拍摄。
在单反相机的结构中，作为重要的是照相的反光镜和相机上端圆拱结构内安装的五面镜或五棱镜。
拍摄者正是使用这种结构从取景器中直接观察到镜头的影像。
由单镜头反光相机的构造图可以看到，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏，并结成影像，透过接目镜和五棱镜，拍摄者就可以在取景器中看到外面的景物。
这个过程有点像人们透过窗户看到外面的世界，窗户的大小便是人们看到外面景物的范围。
当拍摄者看到自己满意的角度和拍摄内容的时候，既可以按动快门。
按动快门的过程就是一个拍摄和成像的过程，术语称为曝光。
不管是胶片单反相机还是数码单反相机，曝光原理是完全相同的。
在按下快门的瞬间，反光镜向上弹起，胶片前面的快门幕帘同时打开，通过镜头的光线（影像）投射到感光部件上，使胶片或数码相机的感光元件曝光。
在按下快门的这一瞬间，光学取景器中会出现黑屏的情况（黑屏的时间根据快门的快慢而不同），之后反光镜立即恢复原状，取景器中再次可以看到影像（此时已经完成了一次曝光）。
单反相机的这种构造，决定了镜头在相机的结构中占有相当重要的地位。
使用这种相机的最大优势是摄影师在光学取景器中看到的取景范围和感光元件的影像实际拍摄范围基本一致。
摄影师使用不同的镜头配置可以达到很好的拍摄效果，从具有冲击力的7.5mm鱼眼镜头到长达1600mm以上的超级远摄远镜头，都可以安装在同一台相机上，从而拍摄出效果迥异的图片。
此外，单反相机在一定程度上消除了旁轴相机的取景视觉差异，使摄影师可以更精确地控制取景范围，选择最完美的拍摄角度。
单反相机的劣势：1.体积庞大，不方便携带2.相机的制造难度很大，工艺苛刻，价格高3.镜头虽然种类多，但同样体积庞大4.和旁轴相比快门操作瞬间有片刻的黑幕二小孔成像原理相机拥有一个很奇妙的成像结构，无论是数码单反相机还是旁轴相机，抑或是大画幅相机，他们的成像原理实际上都是简单的小孔成像。
单像素相机的工作原理
CS-小全(121980202) 18:04:32
CS-小全(121980202) 18:03:46
单像素相机的工作原理，不是很理解，请大侠指点。
为什么叫做单像素相机，与传统的CCD相机，区别在哪儿呢？它的什么地方体现出了CS理论。
单像素相机的架构基本上是一个光学计算机，它包括空间光调制器
(spatial light modulator SLM)，两个镜头((Lens)，一个单光子探测器，以及一个模数转换器。
SLM的主要作用是根据控制信号调制的光束的强度，在这里，SLM选用的是数字微镜器件(digital micromirror device, DMD)，它是一种反射型的SLM，它有选择地反射光束中重定向的部分。
DMD的是由很多个细菌大小，静电驱动的微镜阵列组成;阵列中的每个的镜子悬浮在单个的静态随机存取存储器(static random access memory, SRAM)上。
每个镜子可以在铰链上旋转，并可以根据SRAM单兀加载的比特位定位到两个状态(与水平方向火角100和一100)，因此照在DMD上的光线可以根据镜子的旋转方向反射到两个方向上，从}fu控制对应点光线的有无;在该单像素相机结构中DMD扮演的角色即是随机投影矩阵，实现原始图像每个像素的随机投影观测。
透镜Lens2的功能是完成随机投影后的求和。
DMD+ALP Board的局部放大图。
用于单像素成像的采样和重建集成深度学习网络及其训练方法[发明专利]
![用于单像素成像的采样和重建集成深度学习网络及其训练方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/5495cc3fbb1aa8114431b90d6c85ec3a87c28b25.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910988953.6(22)申请日 2019.10.17(71)申请人 南昌大学地址 330031 江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号(72)发明人 鄢秋荣 管焰秋 方哲宇 杨晟韬 李冰 曹芊芊 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限公司 61211代理人 王凯敏(51)Int.Cl.G06T 11/00(2006.01)G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01)(54)发明名称用于单像素成像的采样和重建集成深度学习网络及其训练方法(57)摘要为解决目前单像素成像重建时间长及质量不好的问题，本发明提供了一种用于单像素成像的采样和重建集成深度学习网络及其训练方法。
所述采样和重建集成深度学习网络包括压缩采样子网络、初步重建子网络和深层卷积重建子网络；压缩采样子网络的权值矩阵为由“+1”和“-1”两元组成的二值化矩阵，“+1”和“-1”分别用于调制单像素成像系统中DMD微镜正向和反向翻转；压缩采样子网络用于对目标进行n次压缩采样，将n次压缩采样所得到的数据处理后得到测量值矩阵，n由单像素成像系统测量率确定；初步重建子网络对测量值矩阵进行卷积、扩维处理，得到初步重建图像；深层卷积重建子网络通过残差学习处理初步重建图像，得到更高成像质量图像。
权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 110751700 A 2020.02.04C N 110751700A1.用于单像素成像的采样和重建集成深度学习网络，其特征在于：包括压缩采样子网络、初步重建子网络和深层卷积重建子网络；所述压缩采样子网络的权值矩阵为由“+1”和“-1”两元组成的二值化矩阵，“+1”和“-1”分别用于调制单像素成像系统中DMD微镜的正向翻转和反向翻转；所述压缩采样子网络用于对目标进行n次压缩采样，将n次压缩采样所得到的数据按时间顺序从左至右依次排布，得到目标的测量值矩阵，n由所述单像素成像系统的测量率确定；所述初步重建子网络用于对所述测量值矩阵进行卷积、扩维处理，得到初步重建的图像；所述深层卷积重建子网络利用深层卷积网络，通过残差学习处理所述初步重建的图像，得到更高成像质量图像。
相机工作原理
工作原理在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，可以在观景窗中看到外面的景物。
与此相对的，一般数码相机只能通过LCD屏或者电子取景器（EVF）看到所拍摄的影像。
显然直接看到的影像比通过处理看到的影像更利于拍摄。
从取景器中看到的影响是通过：一次反射（面镜）、二次全反射（五菱镜）CCD获取图像信息是当拍摄的瞬间面镜弹起来，然后打开快门暴光的。
在DSLR拍摄时，当按下快门钮，反光镜便会往上弹起，感光元件（CCD或CMOS）前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线便投影到感光原件上感光，然后后反光镜便立即恢复原状，观景窗中再次可以看到影像。
单镜头反光相机的这种构造，确定了它是完全透过镜头对焦拍摄的，它能使观景窗中所看到的影像和胶片上永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，十分有利于直观地取景构图。
单反相机取景器单反相机的取景器称为TTL（Through The Lens）单反取景器。
这是专业相机上必备的取景方式，也是真正没有误差、通过镜头的光学取景器。
这种取景器的取景范围可达实拍画面的95%。
惟一缺点就是如果镜头过小，取景器会很暗淡，影响手动对焦。
不过现在都具备自动对焦，这一点已无大碍。
当然，如用了TTL单反取景器，为了不使取景器过暗，厂家自会用大口径高级镜头，所以目前单反相机的镜头普遍较大，就是这个因素造成的。
从取景器中看到的影响是通过：一次反射（面镜）、二次全反射（五菱镜）CCD获取图象信息是当拍摄的瞬间面镜弹起来，然后打开快门暴光的。
反光镜的翻起动作带来了一些问题：拍摄照片的瞬间，取景器会被挡住。
由于被遮挡的时间只是刹那间的事情，因此这对于立即复位的反光镜来说并不是什么主要问题。
但是，又引出了一些偶然性问题。
例如，在使用频闪光拍摄时，将不能通过取景器看到频闪装置是否闪光正常。
反光镜运动的噪声。
这在需要安静的场所这可能会成为重要问题。
单像素相机原理
假设你只有一个敏感的传感器（光电探测器或者检测器），但是需要得到一千万像素的图像，这是现在市面上一般傻瓜相机的照相效果，你打算怎么做。
现在有很多方法，但是你可以借助DMD芯片（例如有名的TI DMD）。
它上面有一千万个振动反射镜，这种振动反射镜也可以在数字投影仪上找到。
你可以控制每一个微小镜子（15微米乘以15微米）的运动。
换句话说，用适当的设置，每一个毫秒，你可以决定把这些镜子中的某一个镜子照在你的探测器上。
现在有两种方法可以得到一千万像素的图像。
1.光栅模式光栅模式很简单，就每次只让一个镜子照射在探测器上，让其他所有的镜子照在别处。
一次：两次……一千万次，直到到达最后第一千万个镜子当所有这些完成之后，你就有一千万个信息，放在一起，一块一块，就得到了一个一千万像素的图像。
通常来说，你可以使用一个小CPU执行离散余弦变换，最终就可以得到一个JPEG格式的图像。
2.压缩感知模式对DMD芯片的镜子进行设置，显示一组随机排列。
这样一组随机的反射镜将入射光照到探测器上。
第一次镜子的随机排列得到了第一个CS测量值：第二次镜子的随机排列得到了第二个CS测量值：……第M次镜子的随机排列得到了第M个CS测量值：压缩感知告诉我们，以很高的概率可以得到和光栅模式相同的结果。
而且可以有更少的测量值，远小于光栅模式的一千万个测量值。
事实上，只需要光栅模式一千万个测量值的20%甚至更少测量值。
第二种模式能工作的原因起源于大多数自然图像在这些基（余弦，小波和曲波）的表示下是稀疏的（这也是为什么JPEG能够在降低大多数图像的大小方面做出巨大的工作的原因）。
用函数来表示反射和非反射镜随机排列，（0表示不反射，1表示反射），这些基数学上被称为“不相关”，因此允许在探测水平上自动压缩（第二个模式中，最后由于CS测量已经是这个形象压缩版而无需压缩JPEG）。
需要从这些CS测量中通过计算步骤获得人类可视图像。
第二个模式相比第一个模式的优点和缺点是什么？优点：1. 因为没有CPU / GPU和FPGA在最后阶段进行压缩（JPEG），因此传感器需要非常低的功率。
数码相机的使用
照，这个叫做快门。
快门作用 ：调节光线进入的时间。 表现动感、凝固瞬间。 快门单位：秒，用数字1、1/2、1/4、1/8、1/15、1/30、1/60、1/125、
1/250、1/500、1/1000、B、T。等来标记。
B：当手按下时，快门打开，松开手时快门关闭。 T：当手按一下，快门打开，再按一下快门关闭
二、光 圈
光圈：设置在镜头的透镜组中间，由若干片金属薄片所组成的可以调节大小的进光孔 。
作用：1、调节进光量，光圈越大进入相机的光就多，光圈越小进入相机的光越就少；
2、改变拍摄速度，相同进光量，光圈越大，快门速度越快。 3、改变景深大小。光圈越大，景深越小。
光圈系数：表示光圈大小的数值叫光圈系数，f=Q/F f=1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16， 1/22等来表示 ， 简写为：1.4, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22 。光圈系数的 数字越小，光孔直径越大，进光量越多。 每一组数字之间进光量是倍数关系。
1.4
1.8
2
2.8
4
5.6
8
11
16
22
F4 、F5.6广角镜头整个画面 基本清晰，而在远摄区域， 也能使用该光圈值灵活虚化 背景。
F11可以在维持 一定镜头性能的 情况下得到相对 大的景深，
F22有些镜头光圈收 缩过小会导致分辨力 下降，但有意图地减 小进光量可以降低快 门速度
光圈：F 1.4, 快门：1/125
用于拍摄近距离物体的镜头。
仔细观察鼻子的部位。哪幅照片显示 的鼻子最合乎比例呢？24mm和
35mm镜头的拍摄的照片中鼻子明显
太大；50mm“标准”镜头的似乎仍有 一点大；85mm镜头拍摄到了一幅没
单像素
试验内容
一 二 三
光路调制
数据采集 将图像投射到DMD上与 测量矩阵相互作用，
其反射光线汇聚到光电倍增管。
稀疏变换
常用的稀疏变换有:DCT DWT FFT
测量矩阵
测量矩阵Φ 必需满足约束等距性条件，才能由测量值y通过求最优 解来重构图像
基于 l0范数的贪婪算法：匹配追踪法（ MP ）是用于压缩传感的 典型贪婪算法；正交匹配追踪算法（OMP），正则正交匹配追踪算
法（ROMP）
基于 l1 范数最小化算法：基追踪算法（BP）是 l1范数问题的经 典算法；梯度投影算法。 精度高，但是求解速度慢
高斯测量矩阵 二值随机矩阵 局部傅里叶矩阵 稀疏投影矩 阵
数据采集
将汇聚的光由光电倍增管转换为电信号，DMD每次 翻转完成后发送同步脉冲，触发采集卡进行采样，得到
测量向量y。
图像重构
信号重构算法是压缩传感理论的核心,是指由 M 次测量向量 y 重构 长度为 N 的稀疏信号x的过程。
图像重构方法
单像素相机工作原理
单像素相机工作原理
单像素相机的工作原理是成像物体发出的光线经过光学系统后投射到单像素传感器上，然后通过光学系统中的参考光路和传感器的光电转换功能，将物体的像转化为电信号，最后经过数据处理得到物体的影像。
在单像素相机中，被拍摄物体的图像经过镜头打在DMD （数字微镜器件）上，而经过DMD反射的图像又经过二次镜头聚焦在只有一个像素的传感器上，形成一个光信号。
在拍摄过程中，DMD上每个镜片反射的明暗矩阵以伪随机码的形式快速变换，每变化一次形成一个像素的型号。
最后，经过将每次的信号和伪随机码综合进行计算，就得到了物体的影像。
基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型
航天返回与遥感第44卷第6期130 SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年12月基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型陈瑞林章博段熙锴孙鸣捷*（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191）摘要目前对地遥感的最主要途径之一便是通过遥感相机获得目标物信息，然而遥感相机的分辨率直接影响成像质量。
结合遥感相机的推扫式成像技术，文章提出了一种基于单像素成像的超分辨增强技术模型，该模型能够简化重建过程，其设计目标是基于单像素超分辨的技术手段将航天遥感相机的图像分辨率增强4倍。
为了验证该设计思想及其重建效果，文章设置了超分辨增强仿真试验，最终仿真试验结果表明，基于单像素的超分辨模型可以将图像的信噪比提高1.1倍，且重建的图像具有明显的抑制噪声的效果，起到了良好的降噪功能，相较于其他传统图像分辨率增强方法（如双三次内插、超深超分辨神经网络）具有更高的优越性。
该方法可为地理遥感探测、土地资源探查与管理、气象观测与预测、目标毁伤情况实时评估等诸多领域的图像处理和应用提供有力支持。
关键词单像素超分辨分辨率增强推扫式成像降噪效果遥感应用中图分类号: TP751.2文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)06-0130-10 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.06.012Remote Sensing Image Resolution Enhancement Technology Based onSingle-Pixel ImagingCHEN Ruilin ZHANG Bo DUAN Xikai SUN Mingjie*（School of Instrument Science and Optoelectronics Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100191, China）Abstract At present, one of the most important ways of earth remote sensing is to obtain target information through remote sensing cameras, but the resolution of remote sensing cameras directly affects the imaging quality. Combined with the pushbroom imaging technology of remote sensing camera, this paper proposes a super-resolution enhancement technology model based on single-pixel imaging, which can simplify the reconstruction process, and its design goal is to enhance the image resolution of aerospace remote sensing camera by 4 times based on single-pixel super-resolution technology. In order to verify the design idea and its reconstruction effect, the super-resolution enhancement simulation experiment is set up, and the final simulation results show that the single-pixel super-resolution model can improve the signal-to-noise ratio of the image by 1.1 times, and the reconstructed image has the obvious effect of suppressing noise, which plays a good noise reduction function, and has higher superiority than other收稿日期：2023-06-30基金项目：国家自然科学基金委项目（U21B2034）引用格式：陈瑞林, 章博, 段熙锴, 等. 基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(6): 130-139.CHEN Ruilin, ZHANG Bo, DUAN Xikai, et al. Remote Sensing Image Resolution Enhancement Technology Based on Single-Pixel Imaging[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(6): 130-139. (in Chinese)第6期陈瑞林等: 基于单像素成像的遥感图像分辨率增强模型 131traditional image resolution enhancement methods (such as bicubic interpolation and ultra-deep super-resolution neural network). This method can provide strong support for image processing and application in many fields, such as geographic remote sensing detection, land resources exploration and management, meteorological observation and prediction, and real-time assessment of target damage.Keywords single-pixel super-resolution; resolution enhancement; push-broom imaging; noise reduction effect; remote sensing application0 引言对地遥感成像的主要途径之一就是航天遥感相机，由于其具有覆盖范围广、成像速度快、风险低等优势，在国土资源管理、气象预报、地理测绘等领域发挥着举足轻重的作用。
单反相机成像原理
单反相机成像原理（工程光学论文）（邓志强，12929132，电议）单反相机的英文缩写为SLR-Single Lens Reflex，即单镜头反光。
在胶片相机时代，按照取景原理的区别。
相机可以分为双反、单反和旁轴相机等。
所谓的双反，就是指相机的取景和成像用的是两个不同的镜头。
一个用来取景，一个用来成像。
因为这样的缘故，所以取景的画面和实际拍摄到的画面并不是完全一致的。
旁轴相机也差不多，实际拍摄到的画面和在取景器里看到的画面总是存在一定的区别。
而单反相机取景、成像用的是一个镜头，所以能“所见即所得”，这也是单反相机的一大优点。
（佳能20D数码相机）（双反相机，我们可以看到有两个镜头，上面一个镜头用于取景，下面一个镜头用于成像）（莱卡M8旁轴相机。
中间的镜头用于成像，机身右上角的取景窗用于取景）那单反相机的取景原理是怎么样的呢？究竟比别的取景方式的相机好在哪里？从上图我们可以看出，单反相机在取景时，入射光线通过镜头照射在机身内呈45°倾斜的反光板上，再向上反射，透过毛玻璃（也就是对焦屏），再进入机顶的五棱镜，经过一个过程的反射，最后再从目镜射出，被人眼所见。
当拍摄者按下快门进行拍摄时，反光板升起，快门帘幕打开，光线直接照在感光原件上进行成像。
所以，单反相机取景、成像的核心元件是反光板和五棱镜。
现在不少相机厂家开发了一种类似于单反相机，可更换镜头，使用单反感光元件，拍摄出来的效果和单反相机差不多，但是取消了反光板和五棱镜，只能通过液晶屏取景的相机。
但是从概念上来说，这种相机不能被称为单反相机。
因为从成像上说，这种相机是通过光线照射在感光元件上，再由数码方法将图像显示在液晶屏上的。
（图上圈出来的就是反光板）（拍摄时反光板升起，露出了后面的感光元件）（五棱镜）说完了单反相机的成像原理，我现在再简单介绍一下单反相机的构成部分。
单反相机，包括传统胶片单反和现代数码单反，主要由三大系统组成：一、光学系统相机系统的关键是由一套复杂的光学元件组成的，光学系统的好坏直接决定了取景的效果和最终成像效果。
211233494_基于量子关联的显微成像研究进展
基于量子关联的显微成像研究进展朱孝辉，梁小茜，谭威，黄贤伟，白艳锋，傅喜泉*（湖南大学信息科学与工程学院，湖南长沙 410082）摘要：简要回顾了量子关联成像的基本原理和发展历程，从量子光源和经典光源的角度详细介绍了量子关联成像在显微成像中的研究进展。
做出了基于经典源的量子关联成像因易于实施、成本较低，在显微成像中更具应用前景的判断。
关键词：成像系统；显微成像；量子关联成像；量子光学中图分类号：TB939；O431 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）03-0060-15 Advances in microscopic imaging based on quantum correlationZHU Xiaohui, LIANG Xiaoqian, TAN Wei, HUANG Xianwei, BAI Yanfeng, FU Xiquan*(College of Computer Science and Electronic Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract: The basic principles and development history of quantum correlated imaging are briefly reviewed, and the research progress of quantum correlated imaging in microscopic imaging is introduced in detail from the per⁃spective of quantum light sources and classical light sources. Quantum correlated imaging based on classical light sources is easy to implement and low in cost, making it more promising in microscopic imaging.Key words: imaging system; microscopic imaging; quantum correlated imaging; quantum optics0 引言显微成像是探索生物组织结构和功能的主要方法，光学显微镜是显微成像中应用广泛和有效的工具。
基于深度学习的高精度单像素成像技术研究
基于深度学习的高精度单像素成像技术研究近年来，深度学习技术在图像处理领域中的运用越来越广泛，其中一项颇具挑战的技术便是单像素成像技术。
单像素成像技术又称为压缩感知成像技术，它通过对目标场景进行随机抽样，并据此推断出原始数据进行图像重构。
因其较高的精度和较低的成本，已被广泛应用于医学、军事等领域。
本文将基于深度学习，探讨单像素成像技术的原理、存在的问题以及未来发展趋势。
一、单像素成像技术的原理传统的成像方式，一般需要采用高分辨率的传感器，以获得足够的详细信息，但这种方式需要消耗大量的能量和成本。
而单像素成像技术通过将输入信号与随机生成的随机矩阵做乘积，可以得到一个压缩后的向量，再通过一系列的算法处理，最终重构出原始图像。
单像素成像技术的关键，便是通过随机矩阵和算法来获取尽可能多的原始信息。
其中，随机矩阵的随机性很重要，因为只有将信息均匀分布，才能最大限度地保留原始数据。
而算法方面，最常用的有迭代重构算法和凸优化算法。
前者通过反复进行迭代来逐渐逼近原始数据，后者则利用凸优化问题的性质来解决压缩重构问题。
二、单像素成像技术的问题尽管单像素成像技术具有很高的精度和低的成本，在实际应用中，还是存在一些问题。
其中最重要的问题便是重构速度。
传统的算法较为耗时，需要大量计算，因此不太适合实时应用。
而对于深度学习模型，虽然可以极大地提高速度，但目前还没有成熟的框架和算法，以使其能够较好地应用于单像素成像方面。
另一方面，单像素成像技术的重构精度也有待提高。
虽然其已能够达到较高的精度，但仍然不能与传统成像的精度相提并论。
目前主要的原因是随机矩阵的生成方式比较简单，而没有考虑到相邻像素之间的相关性，因此容易出现重构图像中的伪像等问题。
三、未来发展趋势随着深度学习技术的快速发展，在单像素成像领域中也有许多的探索方向。
其中一个重要的方向便是基于深度学习的单像素成像技术。
通过训练一个深度神经网络，可以更好地学习到原始信息的特征，从而提高重构精度和速度。
彩色傅里叶单像素成像技术
彩色傅里叶单像素成像技术彩色傅里叶单像素成像技术（Color Fourier Single-Pixel Imaging，简称CFSPI）是一种基于傅里叶变换原理的新型成像技术。
它通过分解彩色图像的光学信息，并利用傅里叶变换将其转换为频域信息，然后使用单像素探测器采集频域信息，最后通过逆傅里叶变换将频域信息恢复为彩色图像。
与传统成像技术相比，彩色傅里叶单像素成像技术具有成像速度快、成本低廉、噪声抑制能力强等优点。
传统的彩色成像技术通常需要使用彩色滤光片或彩色CCD来采集彩色图像。
这些传统的成像设备需要使用多个像素来分别采集红、绿、蓝三个通道的信息，然后将这些信息合成为彩色图像。
而彩色傅里叶单像素成像技术则不同，它采用单个像素的探测器来采集光学信息。
具体来说，它通过使用一个可调节的光源和一个可调节的空间光调制器，将彩色图像分解为不同频率的光学信号。
然后，使用一个单像素探测器采集每个频率的光学信号，从而得到频域信息。
最后，通过逆傅里叶变换将频域信息恢复为彩色图像。
彩色傅里叶单像素成像技术的核心思想是利用傅里叶变换的性质，将彩色图像的光学信息从空域转换为频域。
傅里叶变换可以将一个函数表示为一系列正弦和余弦函数的和，每个正弦和余弦函数具有不同的频率和幅度。
因此，通过傅里叶变换，我们可以将彩色图像分解为不同频率的光学信号。
然后，通过单像素探测器采集每个频率的光学信号，我们可以得到频域信息。
最后，通过逆傅里叶变换将频域信息恢复为彩色图像。
彩色傅里叶单像素成像技术具有许多优点。
首先，它可以实现快速的成像速度。
传统的彩色成像技术需要使用多个像素来采集彩色图像，因此成像速度较慢。
而彩色傅里叶单像素成像技术只需要使用单个像素来采集光学信息，因此成像速度更快。
其次，彩色傅里叶单像素成像技术具有较低的成本。
传统的彩色成像技术需要使用彩色滤光片或彩色CCD等昂贵的设备，而彩色傅里叶单像素成像技术只需要使用一个单像素探测器即可，成本更低廉。
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单像素成像的原理
单像素成像是一种利用光学原理实现图像重建的技术。
它基于Compressive Sensing（压缩感知）理论，通过对图像进行稀疏表示
和重建算法来实现高质量的图像重建。
在本文中，我们将详细介绍单
像素成像的原理。
一、概述
单像素成像是一种非常有前景的成像技术，它可以在低光条件下实现
高质量的图像重建。
与传统的CCD或CMOS相机不同，单像素成像
系统仅使用一个探测器来获取整个图像信息。
这种技术具有很多优点，如高灵敏度、低噪声、大动态范围等。
二、工作原理
1. 原理概述
单像素成像系统主要由三个部分组成：光源、样品和探测器。
光源发
出一束光经过样品后被探测器接收，并生成一个电信号。
通过对不同
位置上的样品进行多次测量，可以获得一系列电信号。
然后利用压缩
感知算法对这些电信号进行处理，最终得到高质量的图像。
2. 光学系统
在单像素成像系统中，光源起到了非常关键的作用。
它可以是一个白
光源或者是一束激光。
光源发出的光经过样品后，会被样品吸收、散
射或透射。
这些经过样品后的光会在探测器上形成一个分布不均匀的
电信号。
3. 探测器
探测器是单像素成像系统中最重要的部分。
它负责接收经过样品后的光，并将其转化为电信号。
常见的探测器有PIN光电二极管和Avalanche Photodiode（APD）。
4. 压缩感知算法
压缩感知算法是单像素成像系统中非常关键的一步，它可以将多次测量得到的电信号转化为高质量的图像。
压缩感知算法基于稀疏表示理论，通过对图像进行稀疏表示，从而实现高效率的图像重建。
三、具体原理
1. 稀疏表示
在单像素成像中，图像被认为是稀疏表示的。
这意味着只有很少一部分图像系数是非零的，大部分系数都是接近于零的。
通过对图像进行稀疏表示，可以大大减少数据量和计算复杂度。
2. 随机测量矩阵
为了实现图像的稀疏表示，需要使用一个随机测量矩阵。
这个矩阵是一个稀疏的、随机生成的矩阵，它可以将图像从原始空间映射到测量空间。
通过对图像进行多次测量，可以获得一系列在测量空间中的电信号。
3. 重建算法
在单像素成像系统中，通过对多次测量得到的电信号进行处理，可以重建出高质量的图像。
常用的重建算法有基于L1范数最小化的迭代软阈值算法（Iterative Soft Thresholding Algorithm，ISTA）和基于压缩感知理论的迭代最小二乘算法（Iterative Least Squares
Algorithm，IRLS）。
四、应用领域
单像素成像技术在许多领域都有广泛应用。
在医学影像学中，它可以
用于X射线成像、核磁共振成像等。
在无人驾驶领域，它可以用于激
光雷达成像。
在航天、安全监控等领域也有着重要的应用。
五、总结
单像素成像是一种利用光学原理实现图像重建的技术。
它通过对图像
进行稀疏表示和重建算法来实现高质量的图像重建。
单像素成像系统
由光源、样品和探测器组成，通过对不同位置上的样品进行多次测量，并利用压缩感知算法对电信号进行处理，最终得到高质量的图像。
这
种技术在医学影像学、无人驾驶等领域有着广泛的应用前景。