[論文レビュー] Fast localization and single-pixel imaging of the moving object using time-division multiplexing

Zijun Guo, Wenwen Meng+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2022

Random lasers and scattering media被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、単一画素イメージングにおける運動と画像情報の分離を実現する時間分割多重方式を提案し、高速移動物体のモーションブラーを抑制する再構成を可能にする。幾何モーメントパターン（位置用）とハダマードパターン（画像用）を交互に符号化することで、5.55 kHzの局所化周波数と最大0.5 rad/sの回転速度で疑似512×512解像度のイメージングを達成する。

ABSTRACT

When imaging moving objects, single-pixel imaging produces motion blur. This paper proposes a new single-pixel imaging method, which can achieve anti-motion blur imaging of a fast-moving object. The geometric moment patterns and Hadamard patterns are used to alternately encode the position information and the image information of the object with time-division multiplexing. In the reconstruction process, the object position information is extracted independently and combining motion-compensation reconstruction algorithm to decouple the object motion from image information. As a result, the anti-motion blur image and the high frame rate object positions are obtained. Experimental results show that for a moving object with an angular velocity of up to 0.5rad/s relative to the imaging system, the proposed method achieves a localization frequency of 5.55kHz, and gradually reconstructs a clear image of the fast-moving object with a pseudo resolution of 512x512. The method has application prospects in single-pixel imaging of the fast-moving object.

研究の動機と目的

• 高速移動物体の単一画素イメージングにおけるモーションブラーを軽減すること。
• 物体の運動情報と画像データを分離し、運動補償再構成を可能にすること。
• 急速に移動する対象物に対して高速な局所化と明確な画像再構成を達成すること。
• 単一画素検出器を用いて、最小限のモーションアーティファクトで動的シーンをリアルタイムでイメージングすること。

提案手法

• 時間分割多重を用いて、幾何モーメントパターンにより物体の位置情報を符号化・抽出する。
• 時間的符号化において幾何モーメントパターンとハダマードパターンを交互に切り替えることで、運動と画像データを分離する。
• 独立して抽出された位置データを活用して画像歪みを補正する運動補償再構成アルゴリズムを適用する。
• 運動補正済みの投影データを用いて、圧縮センシングの原則に基づき画像を再構成する。
• 時間分割多重を活用し、位置と強度の符号化に別々の時間スロットを割り当てる。
• 角速度における運動のスパarsityを活用して、局所化の正確性とフレームレートを向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高速移動物体の単一画素イメージングにおけるモーションブラーは、効果的に軽減可能か？
• RQ2 時間分割多重を用いて、高時間分解能で物体の位置を独立して推定可能か？
• RQ3 運動と画像情報の分離により、高フレームレートでの局所化と明確な画像再構成が可能か？
• RQ4 運動補償単一画素イメージングが依然として有効である最大の角速度は何か？
• RQ5 最小限の画像劣化でミリ秒未塔の局所化周波数を達成可能か？

主な発見

• 本手法は、移動物体に対して5.55 kHzの局所化周波数を達成した。
• 角速度が最大0.5 rad/sまでの物体について、疑似512×512解像度の明確な画像を正常に再構成できた。
• 物体の位置データを独立して抽出・補正することで、モーションブラーが効果的に抑制された。
• 幾何モーメントパターンとハダマードパターンの時間分割多重により、同時に高速な局所化と画像再構成が可能となった。
• 運動補償アルゴリズムにより、運動と画像情報が成功裏に分離され、再構成の忠実度が向上した。
• 本手法は、動的環境下における高速移動対象物の単一画素イメージングの実用的妥当性を示した。