一种反射式散射成像装置及利用该成像装置的成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种反射式散射成像装置及利用该成像装置的成像方法，反射式散射成像装置包括光源调节系统，相位调制系统，反射式光路系统，图像探测系统，用于接收所述背向散射光并形成散斑图样；其中，待重建目标设置在所述光源调节系统和所述相位调制系统之间且在光源的光轴上。本发明专利技术的反射式散射成像装置利用反射式光路系统，反射式光路系统的两步相移法可任意选择步长，只需对光波进行两次相位调制，从而利用得到的两幅散斑图样进行成像，该反射式散射成像装置的成像时间短，重建出目标的效率更高，且该反射式散射成像装置不仅适用于二值化幅值目标的成像，同样也适用于复振幅目标的成像。

A Reflective Scattering Imaging Device and Its Imaging Method

The invention relates to a reflective scattering imaging device and an imaging method utilizing the imaging device. The reflective scattering imaging device includes a light source adjustment system, a phase modulation system, a reflective optical path system and an image detection system for receiving the backscattered light and forming a speckle pattern, wherein the target to be reconstructed is located in the light source adjustment system and the phase modulation system. Between systems and on the optical axis of the light source. The reflective scattering imaging device of the present invention utilizes the reflective optical path system, and the two-step phase-shift method of the reflective optical path system can arbitrarily select the step size, only need two phase modulations to the light wave, so that the two speckle patterns obtained can be used for imaging. The reflective scattering imaging device has short imaging time, higher efficiency of reconstructing the target, and the reflective scattering imaging device does not have the advantages of high efficiency of reconstructing the target. It is only suitable for binary amplitude target imaging, but also for complex amplitude target imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种反射式散射成像装置及利用该成像装置的成像方法
本专利技术属于散射成像
，具体涉及一种反射式散射成像装置及利用该成像装置的成像方法。
技术介绍
光在我们周围无处不在，光学成像技术也和我们的生活密不可分，如利用光学成像技术制成的各种相机、摄像机、望远镜、投影仪等。大部分光学成像技术都要求观测点与被观测目标之间是无障碍物存在的透明均匀介质，保证光波在传输过程中不会受到非透明障碍物的散射而影响到光波等相位面和光强的改变，以此来获取完整的入射光波信息，从而真实记录目标的形态。这样的传统成像技术局限于较为理想的成像场景，无法应对许多复杂的场景，例如对一面墙后的目标物或者生物体内复杂组织的内部细胞进行实时探测和成像。为了解决一面墙后的目标物或者生物体内复杂组织的内部细胞进行实时探测和成像的问题，现有技术中提供了透过随机散射介质等障碍物成像的方法，该方法主要有以下四类：一、荷兰的I.M.Vellkoop等人提出了一种光经过随机散射介质后依然能够实现超衍射聚焦和成像的方法，称之为波前调制技术(WavefrontModulationTechnique，WMT)，WMT在光学相位共轭技术的思想上，利用了反馈调制算法对空间光调制器(SpatialLightModulator，SLM)等设备进行控制，以此达到对入射光波的相位补偿的目的；二、法国科学家S.M.Popoff等人提出了图像重建技术(ImageReconstructionTechnique，IRT)，该技术不需要对光波信息进行实时的修正和补偿，而是集中于随机散射介质的微观特性。此方法只需要获得散斑场与随机随机散射介质的传输矩阵(TransmissionMatrix，TM)即可；三、意大利科学家J.Bertolotti等人提出了利用散斑相关(SpeckleCorrelation，SC)的技术与相位恢复算法(PhaseRetrievalAlgorithm，PRA)实现透过随机散射介质成像，这是利用了光学记忆效应特性，即当光以一个较小的角度进入随机散射介质时，出射光形成的散斑图样基本类似，只是伴随入射角变化而发生位移，不同入射方向的光波形成的散射光斑图之间具有较强的相关性。后来，O.Katz等人也论证了此方法在反射式散射成像情形下是同样适用的；四、美国科学家AmauryBadon等人利用时间门控制反射本征通道实现了透过随机散射介质对深度目标成像。但是，上述利用透射式方法测量光学传输矩阵所实现的随机散射介质成像技术所采用的四步相移法的步长相等且耗时较长，且要求SLM是纯相位调制，并且也没有考虑到利用光照射到随机散射介质的表面后发生反射的背向散射光，此外，目前利用透射式方法测量光学传输矩阵的成像目标只考虑了二值化幅值目标，未考虑到对复振幅目标的成像。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种反射式散射成像装置及利用该成像装置的成像方法。本专利技术的一个实施例提供了一种反射式散射成像装置，包括：光源调节系统，用于为待重建目标提供入射光斑，其中，所述入射光斑包括所述待重建目标的信息；相位调制系统，用于接收所述入射光斑，并将所述入射光斑进行相位调制，以得到相位调制光，其中所述相位调制光包括参考光和调制光；反射式光路系统，用于接收所述相位调制光，以使所述相位调制光发生散射成为背向散射光；图像探测系统，用于接收所述背向散射光并形成散斑图样；其中，所述待重建目标设置在所述光源调节系统和所述相位调制系统之间且在光源的光轴上。在本专利技术的一个实施例中，所述光源调节系统包括激光光源模块、衰减片、扩束器、光阑和波片，所述激光光源模块、所述衰减片、所述扩束器、所述光阑和所述波片依次设置在所述光源的光轴上。在本专利技术的一个实施例中，所述相位调制系统包括透镜、空间光调制器和第一显微物镜，所述透镜设置在所述光源的光轴上，所述透镜与所述空间光调制器之间呈80度至85度夹角，所述空间光调制器和所述第一显微物镜平行设置。在本专利技术的一个实施例中，所述反射式光路系统包括随机散射介质和第二显微物镜，所述随机散射介质与所述第一显微物镜平行设置，所述随机散射介质与所述第二显微物镜之间呈80度至85度夹角。在本专利技术的一个实施例中，所述图像探测系统包括偏振片和探测器，所述第二显微物镜、所述偏振片和所述探测器同轴设置。本专利技术的一个实施例还提供了一种反射式散射成像方法，所述成像方法包括：获取散斑图样，其中，所述散斑图样包括第一散斑图样和第二散斑图样；根据所述第一散斑图样和所述第二散斑图样获取出射光场；根据光源的入射光场和所述出射光场获取光学传输矩阵；根据所述出射光场和所述光学传输矩阵得到重建目标。在本专利技术的一个实施例中，根据所述第一散斑图样和所述第二散斑图样获取出射光场，包括：根据所述第一散斑图样的输出光强和所述第二散斑图样的输出光强获取所述出射光场的实部和虚部；根据所述出射光场的实部和虚部计算得到所述出射光场。在本专利技术的一个实施例中，根据光源的入射光场和所述出射光场得到光学传输矩阵，包括：获取所述光源的入射光场；根据所述入射光场和所述出射光场获取光学传输元素；根据所述光学传输元素得到所述光学传输矩阵。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的反射式散射成像装置利用反射式光路系统，反射式光路系统的两步相移法可任意选择步长，只需对光波进行两次相位调制，从而利用得到的两幅散斑图样进行成像，该反射式散射成像装置的成像时间短，重建出目标的效率更高，且该反射式散射成像装置不仅适用于二值化幅值目标的成像，同样也适用于复振幅目标的成像。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种反射式散射成像装置的示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种反射式散射成像装置的示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种相位调制系统和反射式光路系统位置关系的示意图。符号说明1光源调节系统；2相位调制系统；3反射式光路系统；4图像探测系统。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种反射式散射成像装置的示意图。本专利技术实施例提供的一种反射式散射成像装置，包括：光源调节系统，用于为待重建目标提供入射光斑，其中，所述入射光斑包括所述待重建目标的信息；相位调制系统，用于接收所述入射光斑，并将所述入射光斑进行相位调制，以得到相位调制光，其中所述相位调制光包括参考光和调制光；反射式光路系统，用于接收所述相位调制光，以使所述相位调制光发生散射成为背向散射光；图像探测系统，用于接收所述背向散射光并形成散斑图样；其中，所述待重建目标设置在所述光源调节系统和所述相位调制系统之间且在光源的光轴上本实施例的反射式散射成像装置利用反射式光路系统，反射式光路系统的两步相移法可任意选择步长，只需对光波进行两次相位调制，从而利用得到的两幅散斑图样进行成像，该反射式散射成像装置的成像时间短，重建出目标的效率更高，且该反射式散射成像装置不仅适用于二值化幅值目标的成像，同样也适用于复振幅目标的成像。请参见图2，图2为本专利技术实施例提供的另一种反射式散射成像装置的示意图。具体地，光源调节系统1包括激光光源模块、衰减片、扩束器、光阑和波片，激光光源模块、衰减片、扩束器、光阑和波片依次顺序设置在光源的光轴上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反射式散射成像装置，其特征在于，包括：光源调节系统，用于为待重建目标提供入射光斑，其中，所述入射光斑包括所述待重建目标信息；相位调制系统，用于接收所述入射光斑，并将所述入射光斑进行相位调制，以得到相位调制光，其中所述相位调制光包括参考光和调制光；反射式光路系统，用于接收所述相位调制光，以使所述相位调制光发生散射成为背向散射光；图像探测系统，用于接收所述背向散射光并形成散斑图样；其中，所述待重建目标设置在所述光源调节系统和所述相位调制系统之间且在光源的光轴上。

【技术特征摘要】
1.一种反射式散射成像装置，其特征在于，包括：光源调节系统，用于为待重建目标提供入射光斑，其中，所述入射光斑包括所述待重建目标信息；相位调制系统，用于接收所述入射光斑，并将所述入射光斑进行相位调制，以得到相位调制光，其中所述相位调制光包括参考光和调制光；反射式光路系统，用于接收所述相位调制光，以使所述相位调制光发生散射成为背向散射光；图像探测系统，用于接收所述背向散射光并形成散斑图样；其中，所述待重建目标设置在所述光源调节系统和所述相位调制系统之间且在光源的光轴上。2.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述光源调节系统包括激光光源模块、衰减片、扩束器、光阑和波片，所述激光光源模块、所述衰减片、所述扩束器、所述光阑和所述波片依次设置在所述光源的光轴上。3.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述相位调制系统包括透镜、空间光调制器和第一显微物镜，所述透镜设置在所述光源的光轴上，所述透镜与所述空间光调制器之间呈80度至85度夹角，所述空间光调制器和所述第一显微物镜平行。4.如权利要求3所述的成像装置，其特征在于，所述反射式光路系统包括随机散射介质和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵晓鹏，刘杰涛，孙雪莹，王剑南，李伟，计婷，张乐，蔡晓健，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61