[논문 리뷰] Fast localization and single-pixel imaging of the moving object using time-division multiplexing

Zijun Guo, Wenwen Meng외 6명|arXiv (Cornell University)|2022. 08. 15.

Random lasers and scattering media인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 단일 펄스 이미징에서 운동 정보와 이미지 정보를 분리하여 빠르게 움직이는 물체의 움직임 흐림을 보정할 수 있도록 시간 분할 다중접속 방식을 제안한다. 기하학적 모멘트 패턴(위치용)과 헤다르드 패턴(이미지용)을 번갈아가며 인코딩하여, 물체가 최대 0.5 rad/s로 회전할 때 5.55 kHz의 국소화 주파수와 가상 512×512 해상도의 이미징 성능을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 빠르게 움직이는 물체의 단일 펄스 이미징에서 발생하는 움직임 흐림을 해결한다.
• 물체의 운동 정보를 이미지 데이터에서 분리하여 운동 보정 복원을 가능하게 한다.
• 빠르게 움직이는 대상에 대해 고속 국소화와 명확한 이미지 복원을 달성한다.
• 단일 펄스 검출기를 사용하여 운동 아티팩트를 최소화하고 실시간으로 동적 환경의 영상을 촬영할 수 있도록 한다.

제안 방법

• 시간 분할 다중접속을 통해 기하학적 모멘트 패턴을 사용해 물체의 위치 정보를 인코딩하고 추출한다.
• 시간 인코딩에서 기하학적 모멘트 패턴과 헤다르드 패턴을 번갈아가며 사용하여 운동 정보와 이미지 데이터를 분리한다.
• 독립적으로 추출된 위치 데이터를 활용해 이미지 왜곡을 보정하는 운동 보정 복원 알고리즘을 적용한다.
• 운동 보정된 투영 데이터를 기반으로 압축 감지 원리를 사용해 이미지를 복원한다.
• 시간 분할 다중접속을 통해 위치 및 강도 인코딩에 별도의 시간 슬롯을 할당한다.
• 각속도에서 운동의 희박성 특성을 활용해 국소화 정확도와 프레임 속도를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 빠르게 움직이는 물체에 대한 단일 펄스 이미징에서 움직임 흐림을 효과적으로 줄일 수 있는가?
• RQ2 시간 분할 다중접속을 통해 물체의 위치를 독립적으로 고시간 해상도로 추정할 수 있는가?
• RQ3 운동과 이미지 정보의 분리가 고주사율 국소화와 명확한 이미지 복원을 가능하게 하는가?
• RQ4 운동 보정 단일 펄스 이미징이 효과를 유지할 수 있는 최대 각속도는 얼마인가?
• RQ5 이 방법을 통해 이미지 품질 저하를 최소화하면서 밀리초 이내의 국소화 주파수를 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 이 방법은 이동 중인 물체에 대해 5.55 kHz의 국소화 주파수를 달성한다.
• 각속도가 최대 0.5 rad/s인 물체에 대해, 가상 512×512 해상도로 명확한 이미지를 성공적으로 복원한다.
• 물체 위치 데이터를 독립적으로 추출하고 보정함으로써 움직임 흐림이 효과적으로 억제된다.
• 기하학적 모멘트 패턴과 헤다르드 패턴의 시간 분할 다중접속을 통해 고속 국소화와 동시에 이미지 복원이 가능해진다.
• 운동 보정 알고리즘이 운동 정보와 이미지 정보를 성공적으로 분리하여 복원 정밀도를 향상시킨다.
• 이 방법은 동적 환경에서 빠르게 움직이는 대상의 단일 펄스 이미징에 실용적인 가능성을 보여준다.