一种差分干涉测量成像系统和方法，该系统包括光源，用于输出光信号；以及沿所述光源输出光信号路径依次设置的第一聚焦透镜、狭缝光阑、第一准直透镜、流场观测区域、第二聚焦透镜、第一渥拉斯顿棱镜、检偏器、第二准直透镜、数字微阵列反射镜、汇聚透镜和单点光电探测器以及一与单点光电探测器电信号连接的压缩算法模块。本发明专利技术中，光线通过气流密度不均匀流场发生偏转，偏转后光场通过透镜聚焦后，再通过渥拉斯顿棱镜和检偏器实现对偏折光线的差分干涉，然后采用压缩感知方法重构差分干涉图像，依据图像的干涉条纹间距等参数，可计算出流场分层的密度梯度，最后实现基于压缩感知的差分干涉测量新方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纹影测量成像领域，尤其涉及一种基于压缩感知的。
技术介绍
上世纪，阴影、纹影和干涉等光学方法在气流密度变化的测量方面已经得到广泛应用。随着大气、海洋等流体研究工作的进展，分层流研究逐渐成为重要研究课题。1967年，Mowbray将阴影和纹影技术用于分层流界面处的密度分布测量，1983，McEwan将彩色纹影法用于连续分层流体内部特性的测量，1977年，Debler和Vest将全息干涉技术用于分层流体的速度场测量，1982年，Laws等采用六镜干涉仪测量流体分层特性测量。随着流体测量技术的进一步发展，美国NASA、欧洲ESA和日本JAXA在Lewis落塔、日本微重力落井、自由落体等短时微重力环境中采用纹影法、差分干涉法、阴影法、彩虹纹影等方法测量了流体的结构变化。我国近年来也开展了纹影法测量火焰结构的研究工作，中国科学院力学所和波兰科学家合作开展了相关研究，在风洞试验中常采用干涉法获得流场密度。干涉法是一种严格的定量测量技术，由流场干涉图可严格计算流场的折射率分布，进而由格拉斯通-戴尔常数公式可推算出流场密度及其它流体力学和气动力学参量。在激波风洞和弹道靶试验方面，马赫干涉、全息干涉和纹影干涉等技术得到应用，这些方法中都利用了纹影光路，并把该光路作为物光束的光路。通过这些方法获得了试验干涉照片，并获得了流场的密度定量值。 差分干涉、阴影法、纹影、彩虹纹影测量技术在燃烧等流体领域得到广泛应用。微重力燃烧实验中的诊断技术，要求实现对燃烧过程的温度、流场、气体成份和浓度、固体颗粒成份和浓度等进行定性或定量测量，并通过数据处理，对燃烧现象进行分析。在对差分干涉、阴影法、纹影、彩虹纹影测量方法所得结果进行数据处理时，通过对光场变化的分析可以得到关于对称流场、非对称流场、超声速流场、气体混合流场、两维非稳定流场、三维流场测量等流体物理参数。另外，可以实现对隐身飞机的成像和定位，其原理主要利用隐身飞机飞行过程中，产生气流的剧烈扰动，形成范围巨大、保持时间较长的涡流，通过测量隐身飞机扰动的气流轨迹，间接测量隐身飞机。 压缩感知是由E.J.Candes> J.Romberg、T.Tao 和 D.L.Donoho 等研究人员于 2004年提出，早在上世纪法国数学家Prony提出稀疏信号恢复方法，这种方法是通过解特征值问题估计稀疏三角多项式的非零幅度和对应的频率Logan最早提出基于LI范数最小化的稀疏约束方法。随后发展出的压缩感知理论是将LI范数最小化稀疏约束与随机矩阵结合，获得稀疏信号重建性能的最佳结果，压缩感知基于信号的可压缩性，通过低维空间、低分辨率、欠Nyquist采样数据的非相关观测来实现高维信号的感知。广泛应用于信息论、图像处理、地球科学、光学/微波成像、模式识别、无线通信、大气科学、地球科学、物理天文学、高精密光学测量等学科领域。 压缩感知理论是将采样和压缩同时进行，很好地利用了自然信号可以在某个稀疏基下表示的先验知识，可以实现远低于奈奎斯特/香农采样极限的亚采样，并能近乎完美地重建信号信息。其最广泛的应用是单像素照相机技术，它能使用一个点探测器而不是面阵探测器便可完成所有的探测任务，倘若这项技术应用在光学纹影测量领域，必将减少探测维度，避免由面阵探测器带来的光学噪声和电学噪声，而且采用数字微镜器件DMD，这是一个被动光学元件，不会给信号带来任何噪声，探测器方面也不再需要前置放大器，此外系统还能做到23kHz的高速采样，这是传统面阵探测器所无法企及的，外加之鲁棒的重建算法，必将引发更多潜在应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于将压缩感知理论应用于流体纹影测量领域，从而提供一种基于压缩感知的。 为了实现上述目的，本专利技术提供一种差分干涉测量成像系统，其包括: 光源，用于输出光信号；以及沿所述光源输出光信号路径依次设置的第一聚焦透镜、狭缝光阑、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第一渥拉斯顿棱镜、检偏器、第二准直透镜、数字微阵列反射镜、汇聚透镜和单点光电探测器，流场观测区域位于第一准直透镜和第二聚焦透镜之间；压缩算法模块，其与单点光电探测器电信号连接，用于重构图像，依据图像的干涉条纹间距等参数，计算出流场分层的密度梯度。 进一步，沿所述光源输出光信号路径，在所述狭缝光阑和所述第一准直透镜之间设有第三聚焦透镜、起偏器和第二渥拉斯顿棱镜。。 进一步，还包括反射镜单元，其包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设于所述第一准直透镜和所述流场观测区域之间，用于将第一准直透镜的出射光反射进入流场观测区域；所述第二反射镜设于所述流场观测区域与所述第二聚焦透镜之间，用于将所述流场观测区域的出射光反射至第二聚焦透镜。 进一步，所述反射镜单元中的反射镜为宽带介质膜反射镜、金属膜反射镜、介质激光线反射镜或冷热反射镜。 进一步，所述第一渥拉斯顿棱镜的锲角与所述第二聚焦透镜焦距之间满足干涉条件。 进一步，所述光源为激光光源或白光光源。 进一步，所述激光光源为脉冲激光光源或连续激光光源，波长在400-800nm的可见光范围，激光器输出波长是 405nm、445nm、473nm、488nm、515nm、640nm 或 660nm。 进一步，所述白光光源为连续谱光源，其为氙灯光源、卤素灯、氘灯、激光驱动白光光源或基于超快光纤激光技术的超连续谱光源，所述白光光源的光谱范围为400nm-800nm或所述白光光源的光谱范围为170nm_2100nm或所述白光光源的光谱范围为400nm-2400nm，功率范围为 30mW_100W。 进一步，所述数字微阵列反射镜采用反射式和透射式液晶空间光调制器。 进一步，所述单点光电探测器为可见光光电探测器或单光子探测器。 进一步，所述单光子探测器为雪崩光电二极管、固态光电倍增管或超导单光子探测器。 进一步，所述数字微阵列反射镜与所述单点光电探测器之间同步，所述数字微阵列反射镜中的微镜阵列每翻转一次，所述单点光电探测器在该翻转时间间隔内累计探测到达所有光强，实现光电信号采集转换，然后将电信号传输至所述压缩算法模块。 为了解决上述问题，本专利技术还提供一种差分干涉测量成像方法，其包括: 步骤1、光源输出光信号，经过第一聚焦透镜聚焦后，通过狭缝光阑滤除杂散背景光; 步骤2，经过第一准直透镜扩束准直后，入射到流场观测区域； 步骤3，由所述流场观测区域出射的光束经第二聚焦透镜汇聚后，经过第一渥拉斯顿棱镜和检偏器后形成干涉条纹； 步骤4，经地儿准直透镜准直后入射到数字微阵列反射镜，对光场进行随机调制； 步骤5，经汇聚透镜汇聚后入射到单点光电探测器，所述单点光电探测器将转换得到的电信号输送至压缩算法模块； 步骤6，经过压缩算法模块重构图像，依据图像的干涉条纹间距参数，可计算出流场分层的密度梯度，实现基于压缩感知的差分干涉测量。 进一步，在所述步骤2中，在第一准直透镜扩束准直之前，通过狭缝光阑的光线先经第三聚焦透镜再次汇聚后，再经起偏器起偏，然后经第二渥拉斯顿棱镜分光后。 进一步，所述步骤2中，经过第一准直透镜扩束准直后的光束经第一反射镜反射后入射到流场观测区域。 进一步，实施步骤3中，由所述流场观测区域出射的光束经第二反射镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种差分干涉测量成像系统，其特征在于，包括：光源，用于输出光信号；以及沿所述光源输出光信号路径依次设置的第一聚焦透镜、狭缝光阑、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第一渥拉斯顿棱镜、检偏器、第二准直透镜、数字微阵列反射镜、汇聚透镜和单点光电探测器，流场观测区域位于第一准直透镜和第二聚焦透镜之间；压缩算法模块，其与单点光电探测器电信号连接，用于重构图像，依据图像的干涉条纹间距等参数，计算出流场分层的密度梯度。
【技术特征摘要】
1.一种差分干涉测量成像系统，其特征在于，包括: 光源，用于输出光信号；以及沿所述光源输出光信号路径依次设置的第一聚焦透镜、狭缝光阑、第一准直透镜、第二聚焦透镜、第一渥拉斯顿棱镜、检偏器、第二准直透镜、数字微阵列反射镜、汇聚透镜和单点光电探测器，流场观测区域位于第一准直透镜和第二聚焦透镜之间； 压缩算法模块，其与单点光电探测器电信号连接，用于重构图像，依据图像的干涉条纹间距等参数，计算出流场分层的密度梯度。2.如权利要求1所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，沿所述光源输出光信号路径，在所述狭缝光阑和所述第一准直透镜之间设有第三聚焦透镜、起偏器和第二渥拉斯顿棱镜。3.如权利要求1所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，还包括反射镜单元，其包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜设于所述第一准直透镜和所述流场观测区域之间，用于将第一准直透镜的出射光反射进入流场观测区域；所述第二反射镜设于所述流场观测区域与所述第二聚焦透镜之间，用于将所述流场观测区域的出射光反射至第二聚焦透镜。4.如权利要求3所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，所述反射镜单元中的反射镜为宽带介质膜反射镜、金属膜反射镜、介质激光线反射镜或冷热反射镜。5.如权利要求1所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，所述第一渥拉斯顿棱镜的锲角与所述第二聚焦透镜焦距之间满足干涉条件。6.如权利要求1所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，所述光源为激光光源或白光光源。7.如权利要求6所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，所述激光光源为脉冲激光光源或连续激光光源，波长在400-800nm的可见光范围，激光器输出波长是405nm、445nm、473nm、488nm、515nm、640nm 或 660nmo8.如权利要求6所述的差分干涉测量成像系统，其特征在于，所述白光光源为连续谱光源，其为氣灯光源、卤素灯、氣灯、激光驱动白光光源或基于超快光纤激光技术的超连续谱光源，所述白光光源的光谱范围为400nm-800nm或所述白光光源的光谱范围为170nm-2100nm或所述白光光源的光谱范...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴国亮，孙志斌，代斌，王静，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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