本发明属于光电成像，涉及一种大视场空间压缩成像目标探测遥感系统。
背景技术：
1、为了实现更大范围成像、对观测对象更精细的信息获取，光学遥感相机需要同时实现大视场和高分辨率成像，使得遥感图像的像素规模快速增加。受限于单片图像传感器的像素规模，光学遥感相机通常将数片探测器拼接成大规模焦平面使用。然而，大规模、高性能探测器研制以及焦平面拼接技术的难度大、成本高，极大地提高了光学遥感相机的研制难度和成本。
2、另一方面，光学遥感相机采集的海量图像数据需要平台具备相应的数据存储空间，且受到数据传输链路带宽的限制，图像数据难以实时传输到处理端和应用端，数据应用的时间延迟大，使得光学遥感图像的应用效能无法完全发挥。
3、因此，发展大视场、高分辨率、低成本、高效能的光学遥感系统技术十分必要。
4、目前公开的压缩成像方法主要实现了光谱维、时间维、深度方向的数据压缩，对不同视场的图像数据进行空间压缩的研究尚属空白。发明专利“一种单曝光压缩高光谱成像系统及方法”(cn201910291433.x)提出了一种单次成像压缩高光谱图像的系统和方法，该发明的编解码方式仅用于对多谱段光场信息进行压缩成像并解码，无法解决大视场高分辨率图像的海量数据的问题；发明专利“一种压缩成像分类方法及系统”(cn202110008976.3)提出了一种对大幅场景进行分块编码成像的方法，该方法的图像压缩是在探测器后端电路中实现，能够一定程度上缓解计算资源的消耗，但与本发明提出的探测器上进行图像压缩的成像系统相比，仍未将编码压缩计算过程完全在光学域实现。此外，本发明提出多孔径压缩成像系统，能够将原视场扩大数倍，实现更大成像范围。发明专利“多孔径单探测器交叉视场成像系统”(202010099623.4)提出了一种多孔径光学系统成像于单个平面探测器的成像系统方案，仅需一次成像、无需后期校正处理即可得到探测器上各子图像的正确拼接图像，但并未解决图像数据量增加对数据压缩的需求。
技术实现思路
1、本发明解决的技术问题是：提供一种大视场空间压缩成像目标探测遥感系统，旨在解决光学遥感系统面临的对大视场、高分辨率成像的需求，造成探测器像素规模要求高、研制难度大、成本高，数据难以完全实时下传，系统应用效能低的问题。
2、本发明解决技术的方案是：大视场空间压缩成像目标探测遥感系统，包括多孔径光学系统、可重配光学编码器件、中继光学系统、探测器组件和图像处理模块；
3、多孔径光学系统，用于收集不同视场的目标背景光场；
4、可重配光学编码器件，用于对不同视场的目标背景光场进行编码，通过重配编码图案，调节局部视场的成像清晰程度；
5、中继光学系统，用于将编码后的目标背景光场转像到探测器感光面，形成光学图像，并使不同视场的光学图像位置重叠，得到压缩后的光学图像；
6、探测器组件，用于将压缩后的光学图像转化为电信号，并存储成数字图像进行传输；
7、图像处理模块，用于从压缩图像数据中重建复原不同视场的光学遥感图像，提取目标类型和位置信息，根据目标位置调控可重配光学编码器件对应局部视场的编码图案。
8、优选的，所述多孔径光学系统，由多个完全相同的光学镜头组成，对不同视场的景物分别成像于不同的一次像位置。
9、优选的，所述可重配光学编码器件的数量与光学镜头数量一致，每个可重配光学编码器件根据图像处理单元的调控的编码图案，对多孔径光学系统的一次像进行光强或相位编码调制，所述的编码图案在检测到目标时提高目标区域的编码透过率，无目标时配置伪随机编码图案。
10、优选的，所述中继光学系统，包括一个中心子孔径的透射式中继镜头和边缘多个子孔径的反射式中继镜头组成，一个中继镜头与一个可重配光学编码器件对应，用于对不同视场的像进行波前调控，使不同视场的二次像重叠于探测器感光区域内，即探测器采集到不同视场的编码压缩图像。
11、优选的，不同视场的二次像平面，相对探测器平面成不同的倾斜角度，导致探测器采集到不同视场的离焦图像。
12、优选的，所述探测器组件，由探测器及其读出电路组成，其中探测器为平面探测器或曲面探测器。
13、优选的，所述图像处理模块用于从压缩图像数据中重建复原不同视场的光学遥感图像，提取目标类型和位置信息，包括：
14、对探测器组件传输的压缩图像数据进行空间压缩图像重建；
15、利用重建的空间压缩图像进行离焦图像复原；
16、将复原后的离焦图像输入至训练好的目标检测识别神经网络，得到目标检测结果。
17、优选的，所述空间压缩图像重建包括：
18、设计压缩比cr，所述压缩比cr与多孔径光学系统的子孔径数量一致；探测器像元规模记为m×n；
19、设计cr个包含m×n个元素的编码矩阵maski，i＝1,2,…,cr，所述编码矩阵为0和1两种元素组成的数值矩阵；
20、设cr个子孔径的原始图像为xi，i＝1,2,…,cr，探测器采集的编码图案为y；
21、以为损失函数，⊙表示矩阵元素点乘，作为xi的估计值，即为重建空间压缩图像。
22、优选的，所述离焦图像复原包括：
23、确定重建的空间压缩图像的像平面上任一像点位置(x,y)与探测器感光面的距离dz(x,y)，计算探测器实际接收到的光斑直径；
24、根据所述光斑直径计算像点位置对应的模糊半径r(x,y)；
25、根据任一像点位置与探测器感光面的距离结合模型半径，计算各像点对应的点扩散函数h(x,y)；
26、计算点扩散函数的傅里叶变换；
27、计算采集的离焦图像的傅里叶变换；
28、根据点扩散函数的傅里叶变换以及离焦图像的傅里叶变换，计算离焦复原图像。
29、优选的，探测器实际接收到的光斑直径计算公式为：
30、
31、其中，d为光学系统口径，v为像距，dz(x,y)为重建的空间压缩图像的像平面上任一像点位置(x,y)与探测器感光面的距离。
32、优选的，离焦图像的点扩散函数计算公式为：
33、
34、其中，λ为遥感系统成像谱段的中心波长，f为光学系统相对孔径的倒数。
35、优选的，所述训练好的目标检测识别神经网络构建方式如下：
36、构建k张目标遥感图像组成的原始训练数据集s1，k≥10000；
37、将s1包含的图像中的目标类型和位置标注为l abe l数据集；
38、将压缩比设置为2,3,…,cr，在不同压缩比下，分别对s1包含的图像进行编码压缩与重建，得到不同压缩比下的重建图像数据集s2,s3,…,sr；
39、将s1,s2,s3,…,sr的集合作为训练数据集，l abe l标注数据集作为输出参数，训练端到端的目标检测识别神经网络。
40、本发明与现有技术相比的有益效果是：
41、本发明提出基于多孔径光学系统和空间压缩成像的光学遥感相机，通过对物理光场编码调控的光学系统设计和压缩图像智能重建，高精度恢复原始大视场高分辨率图像。本发明可大幅降低光学遥感相机的探测器像素数量和图像数据量，提高遥感数据传输效率和应用效能。同时，本发明考虑光学遥感系统面向信息提取任务的应用场景，提出了目标检测算法的训练方法，保证空间压缩成像系统的目标探测能力。
42、本发明在多孔径光学系统成像于单探测器的光学方案基础上，通过编解码实现了不同空间图像的数据压缩。
43、本发明与现有技术相比，基于光学编码元件实现在探测器光电转换前端对光场图像进行编码压缩，可以显著减少成像系统需要的像素规模或探测器拼接数量，光学遥感图像数据量可大幅减少，突破数据下传的带宽限制，减小遥感信息传输和提取应用的时间延迟。另一方面，通过多孔径光学编码成像系统，实现大视场高分辨率成像，并且在光学域完成图像编码压缩，减少读写和计算的电子学资源消耗。此外，基于可重配光学编码单元，可对局部区域的编码透过率进行调控，实现任意区域的图像分辨率调节。
1.大视场空间压缩成像目标探测遥感系统，其特征在于：包括多孔径光学系统、可重配光学编码器件、中继光学系统、探测器组件和图像处理模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多孔径光学系统，由多个完全相同的光学镜头组成，对不同视场的景物分别成像于不同的一次像位置。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述可重配光学编码器件的数量与光学镜头数量一致，每个可重配光学编码器件根据图像处理单元的调控的编码图案，对多孔径光学系统的一次像进行光强或相位编码调制，所述的编码图案在检测到目标时提高目标区域的编码透过率，无目标时配置伪随机编码图案。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述中继光学系统，包括一个中心子孔径的透射式中继镜头和边缘多个子孔径的反射式中继镜头组成，一个中继镜头与一个可重配光学编码器件对应，用于对不同视场的像进行波前调控，使不同视场的二次像重叠于探测器感光区域内，即探测器采集到不同视场的编码压缩图像。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：不同视场的二次像平面，相对探测器平面成不同的倾斜角度，导致探测器采集到不同视场的离焦图像。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述探测器组件，由探测器及其读出电路组成，其中探测器为平面探测器或曲面探测器。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述图像处理模块用于从压缩图像数据中重建复原不同视场的光学遥感图像，提取目标类型和位置信息，包括：
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述空间压缩图像重建包括：
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述离焦图像复原包括：
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：根据重建的空间压缩图像的像平面上任一像点位置(x,y)与探测器感光面的距离dz(x,y)，探测器实际接收到的光斑直径d1(x,y)计算公式为：
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：根据探测器实际接收到的光斑直径d1(x,y)，离焦图像的点扩散函数计算公式为：
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述训练好的目标检测识别神经网络构建方式如下：
