一种基于单像素成像的边缘检测方法与流程

本发明涉及量子计算以及量子单像素成像的，具体涉及一种基于单像素成像的边缘检测方法。

背景技术：

1、随着量子技术的蓬勃发展，量子成像技术利用量子纠缠、量子涨落等特性，突破了经典光学成像的分辨率极限，在微弱光信号探测、远距离成像等场景展现出巨大潜力。

2、单像素成像（spi）技术通过空间光调制与单像素探测结合，以计算重构方式获取图像，其凭借宽光谱范围、高信息安全性和高检测灵敏度等优势，为复杂环境下的成像后处理关键环节——边缘检测提供了新途径。可广泛应用于生物医学成像、半导体与芯片检测、天文与系外行星探测、低温物理与量子态测量以及深空探测与空间目标识别领域等领域。

3、目前基于单像素成像的边缘检测方案，如单像素螺旋相差成像（spspc），虽能实现全方向边缘检测，但无法选择性保留特定方向边缘并消除其他方向边缘。

技术实现思路

1、本发明为了解决目前基于单像素成像的边缘检测方案无法实现特定方向边缘的选择性消除的问题，提供一种基于单像素成像的边缘检测方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种基于单像素成像的边缘检测方法，包括以下步骤：

4、s1：生成系列正弦散斑图案；

5、所述正弦散斑图案为用于各向同性边缘检测的第一正弦散斑图案：

6、；

7、或所述正弦散斑图案为用于各项异性边缘检测的第二正弦散斑图案：

8、；

9、其中，为空间域直角坐标，为空间频率，、分别为不同的初始相位，为光强直流分量，b为散斑幅度调制系数，为2阶第一类贝塞尔函数，为相位幅度调制参数，θ为待消除边缘的方向角；

10、s2：按预设的空间频率和初始相位依次将生成的正弦散斑图案投射至目标物体表面；

11、s3：测量目标物体反射的光信号总强度，生成探测结果；

12、s4：根据探测结果计算傅里叶系数；

13、s5：对傅里叶系数进行傅里叶逆变换，重建边缘图像。

14、上述方案中，通过投射指定的正弦散斑图案照射目标物体，并根据反射光总强度计算目标物体的傅里叶系数，最终经傅里叶逆变换直接重建各向同性或各向异性的边缘图像，其中，各向同性边缘图像实现了全方向边缘提取，各向异性边缘图像实现了方向边缘的选择性消除。

15、优选的，当所述正弦散斑图案为第一正弦散斑图案时，步骤s3生成各向同性探测结果：

16、；

17、其中，为探测器响应强度，a为图案照射区域，为直角坐标下的目标物体分布函数，n为环境光照强度。

18、优选的，在步骤s4中，根据各向同性探测结果采用四步相移法计算各向同性傅里叶系数：

19、；

20、所述各向同性傅里叶系数满足以下条件：

21、；

22、；

23、其中，j为虚数，、、、分别为不同相移量下的各向同性探测结果，f为傅里叶变换，为贝塞尔螺旋相位板滤波函数，为频域径向坐标，为频域角坐标，为螺旋相位拓扑荷数，表征螺旋相位波前的涡旋环绕阶数。

24、优选的，在步骤s5中，对各向同性傅里叶系数进行傅里叶逆变换，重建各向同性边缘图像：

25、；

26、其中，为傅里叶逆变换。

27、上述方案中，各向同性边缘检测通过贝塞尔螺旋相位滤波设计实现全方向边缘提取。

28、优选的，当所述正弦散斑图案为第二正弦散斑图案时，步骤s3生成各向异性探测结果：

29、；

30、其中，为探测器响应强度，a为图案照射区域，为直角坐标下的目标物体分布函数，为环境光照强度。

31、优选的，在步骤s4中，根据各向异性探测结果采用四步相移法计算各向异性傅里叶系数：

32、；

33、所述各向异性傅里叶系数满足以下条件：

34、；

35、；

36、其中，j为虚数，、、、分别为不同相移量下的各向异性探测结果，f为傅里叶变换，为叠加螺旋相位板滤波函数，为频域径向坐标，为频域角坐标，为螺旋相位拓扑荷数，表征螺旋相位波前的涡旋环绕阶数。

37、优选的，在步骤s5中，对各向异性傅里叶系数进行傅里叶逆变换，重建各向异性边缘图像：

38、

39、其中，为傅里叶逆变换。

40、上述方案中，各向异性边缘检测通过叠加相反拓扑电荷的贝塞尔螺旋相位滤波设计，引入方向参数，实现特定方向边缘的选择性消除。

41、优选的，在步骤s1中，通过控制数字光投影仪根据公式生成正弦散斑图案；

42、其中，为目标物体的傅里叶光谱，为傅里叶变换，为极坐标下的目标物体分布函数，为频域极坐标，为空间域极坐标。

43、优选的，在步骤s3之前，还包括采用带通滤波器对目标物体反射的光信号进行过滤。

44、优选的，在步骤s3中，利用桶探测器测量目标物体反射的光信号的总强度。

45、本发明有益的技术效果：

46、本发明提供了一种基于单像素成像的边缘检测方法，通过投射指定的正弦散斑图案照射目标物体，并根据反射光总强度计算目标物体的傅里叶系数，最终经傅里叶逆变换直接重建各向同性或各向异性的边缘图像，其中，各向同性边缘图像实现了全方向边缘提取，各向异性边缘图像实现了方向边缘的选择性消除。

1.一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，当所述正弦散斑图案为第一正弦散斑图案时，步骤s3生成各向同性探测结果：

3.根据权利要求2所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s4中，根据各向同性探测结果采用四步相移法计算各向同性傅里叶系数：

4.根据权利要求3所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s5中，对各向同性傅里叶系数进行傅里叶逆变换，重建各向同性边缘图像：

5.根据权利要求1所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，当所述正弦散斑图案为第二正弦散斑图案时，步骤s3生成各向异性探测结果：

6.根据权利要求5所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s4中，根据各向异性探测结果采用四步相移法计算各向异性傅里叶系数：

7.根据权利要求6所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s5中，对各向异性傅里叶系数进行傅里叶逆变换，重建各向异性边缘图像：

8.根据权利要求1所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s1中，通过控制数字光投影仪根据公式生成正弦散斑图案；

9.根据权利要求1所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s3之前，还包括采用带通滤波器对目标物体反射的光信号进行过滤。

10.根据权利要求1所述的一种基于单像素成像的边缘检测方法，其特征在于，在步骤s3中，利用桶探测器测量目标物体反射的光信号总强度。