一种强大气散射条件下的成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种强大气散射条件下的成像装置，所述成像装置用于透过散射介质对目标物进行成像，包括激光器、空间光调制器、第一透镜、第二透镜和图像传感器，其中，所述空间光调制器包括多个可翻转的微镜，所述空间光调制器设置在所述激光器射出的激光光路上，所述激光光路经所述空间光调制器的所述微镜反射后再经过所述第一透镜透射后并透过所述散射介质射在所述目标物上，然后所述激光光路经所述目标物反射并透过所述散射介质后再经过所述第二透镜透射后射在所述图像传感器上以对所述目标物进行成像。本发明专利技术还公开了一种强大气散射条件下的成像方法。本发明专利技术提出的强大气散射条件下的成像装置及方法，大大提高了在强大气散射条件下的成像质量。

Imaging device and method under the conditions of strong atmospheric scattering

The invention discloses an image forming apparatus under the condition of atmospheric scattering, the imaging device used for imaging the object through the scattering medium, including laser, spatial light modulator, a first lens, the second lens and the image sensor, wherein the spatial light modulator includes a plurality of rotatable micro mirror, the space set the path of the laser beam emitted light modulator in the laser, the laser light through the spatial light modulator of the micro mirror after the first lens and transmitted through the scattering medium shot in the object, then the laser light through the reflective object and through the scattering medium after passing through the second lens transmission after the shooting on the image sensor to the target image. The invention also discloses an imaging method under the condition of strong atmospheric scattering. The imaging device and method under the condition of strong atmospheric scattering can greatly improve the imaging quality under the condition of strong atmospheric scattering.

【技术实现步骤摘要】
一种强大气散射条件下的成像装置及方法
本专利技术涉及图像成像
，尤其涉及一种强大气散射条件下的成像装置及方法。
技术介绍
航空、航海和公路交通等行业对在雾霾、雨雾等强散射介质中的成像有着广泛的需求。现有常见的强散射介质中的成像方法为近红外激光主动照明成像，利用特定波长的光对大气散射的穿透性实现较好的成像效果，该方法本质上就是使用近红外激光作为光源的传统的光学成像原理，但是主动照明成像方法在强大气散射条件下，成像质量大大降低；提高在强大气散射条件下的成像质量，是本领域技术人员正在努力的方向。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
为了提高在强大气散射条件下的成像质量，本专利技术提出一种强大气散射条件下的成像装置及方法。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术公开了一种强大气散射条件下的成像装置，所述成像装置用于透过散射介质对目标物进行成像，包括激光器、空间光调制器、第一透镜、第二透镜和图像传感器，其中，所述空间光调制器包括多个可翻转的微镜，所述空间光调制器设置在所述激光器射出的激光光路上，所述激光光路经所述空间光调制器的所述微镜反射后再经过所述第一透镜透射后并透过所述散射介质射在所述目标物上，然后所述激光光路经所述目标物反射并透过所述散射介质后再经过所述第二透镜透射后射在所述图像传感器上以对所述目标物进行成像。优选地，所述激光器采用波长为720～904nm的激光光源。优选地，所述空间光调制器包括M×N个矩阵排列的可翻转的所述微镜。本专利技术还公开了一种强大气散射条件下的成像方法，采用上述的成像装置进行成像，包括以下步骤：S1：将一个全为1的M×N的测量矩阵输入到所述空间光调制器，在所述图像传感器上生成第一图像，其中所述测量矩阵中的1表示将所述空间光调制器中对应的所述微镜翻转至将所述激光器射出的激光光路反射到所述目标物上；S2：将一组包含0和1的M×N的测量矩阵输入到所述空间光调制器，通过该组所述测量矩阵和相应的所述图像传感器接收的光强信息，还原生成第二图像，其中所述测量矩阵中的0表示将所述空间光调制器中对应的所述微镜翻转至不将所述激光器射出的激光光路反射到所述目标物上；S3：采用频域加权的方式将所述第一图像和所述第二图像进行加权相加，生成最终的所述目标物的综合图像。优选地，步骤S1还包括，对所述第一图像进行滤波处理，生成滤波后的第一图像，步骤S3中的所述第一图像为滤波后的所述第一图像。优选地，步骤S2中通过该组所述测量矩阵和相应的所述图像传感器接收的光强信息，还原生成第二图像具体包括：采用以下计算公式：y＝Φx其中，x是一维化的图像原始信息，y是m次采样所述图像传感器接收到的反射光总强度，Φ是测量矩阵集，m是一组所述测量矩阵的矩阵数量，n＝M×N；通过上述公式可以根据Φ和y重构生成x，即还原生成所述第二图像。优选地，其中重构的算法采用OMP算法。优选地，步骤S3具体包括：S31：将所述第一图像和所述第二图像分别经过傅里叶变换得到频域函数；S32：采用第一二维分段函数和第二二维分段函数分别作为所述第一图像和所述第二图像的权重函数；S33：将所述第一二维分段函数和所述第二二维分段函数分别与所述第一图像和所述第二图像经过傅里叶变换得到的频域函数相乘，然后相加，得到综合的频域函数，再进行反傅里叶变换，即生成最终的所述目标物的综合图像；其中在步骤S32中：所述第一二维分段函数w1与频率f的关系如下：所述第二二维分段函数w2与频率f的关系如下：其中，F为最高频率。优选地，步骤S3具体包括：S31：将所述第一图像和所述第二图像分别经过傅里叶变换得到频域函数；S32：采用第一二维高斯函数和第二二维高斯函数分别作为所述第一图像和所述第二图像的权重函数，其中所述第一二维高斯函数和所述第二二维高斯函数分别经过归一化，且所述第一二维高斯函数和所述第二二维高斯函数之和为1；S33：将所述第一二维高斯函数和所述第二二维高斯函数分别与所述第一图像和所述第二图像经过傅里叶变换得到的频域函数相乘，然后相加，得到综合的频域函数，再进行反傅里叶变换，即生成最终的所述目标物的综合图像。优选地，步骤S32中：所述第一二维高斯函数中频率小于第一预定值时，对应的权重为0，频率大于第二预定值时，对应的权重为1，频率在第一预定值和所述第二预定值之间时，频率越大，对应的权重越大；所述第二二维高斯函数中频率小于第一预定值时，对应的权重为1，频率大于第二预定值时，对应的权重为0，频率在第一预定值和所述第二预定值之间时，频率越大，对应的权重越小。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的强大气散射条件下的成像装置可以同时实现两种不同原理的成像方式，包括主动照明成像方法和压缩感知鬼成像方法，使得通过该成像装置可以同时得到采用主动照明成像方法得到的第一图像以及采用压缩感知鬼成像方法得到的第二图像，从而可以进一步将第一图像和第二图像进行综合处理，以得到较优的综合图像，从而大大提高了在强大气散射条件下的成像质量。在进一步的方案中，激光器采用波长为720nm～904的激光光源，使得激光器发出的激光光路对大气中的散射介质具有更好的穿透性，且保持不会发生衍射效应。空间光调制器包括M×N个矩阵排列的可翻转的微镜，从而可以将M×N的测量矩阵输入到空间光调制器，起到调制光源的作用，通过将一组随机产生的测量矩阵进行相应的测试生成第二图像，减少了产生第二图像的采样次数。在更进一步的方案中，结合主动照明成像方法和压缩感知鬼成像方法的成像特性，本专利技术中可以通过高斯函数或者特定的分段函数作为第一图像和第二图像的权重函数，并进行频域加权相加的方法，得到最终的综合图像均优于第一图像和第二图像。附图说明图1是本专利技术优选实施例的强大气散射条件下的成像装置的示意图；图2a是目标物的原图的频谱图；图2b和图2c是在低散射系数下第一图像和第二图像的频谱图；图2d和图2e是在高散射系数下第一图像和第二图像的频谱图；图3是本专利技术一些实施例中的第二二维分段函数的示意图；图4a和图4b分别是将高斯函数和分段函数作为权重函数处理的综合图像的示意图；图5a是本专利技术实施例一的第一二维高斯函数的示意图；图5b是本专利技术实施例一的第二二维高斯函数的示意图；图6a是本专利技术实施例一的第一二维高斯函数与第一图像的频域函数相乘的结果示意图；图6b是专利技术实施例一的第二二维高斯函数与第二图像的频域函数相乘的结果示意图；图6c是图6a和图6b的相加的结果；图7a是本专利技术实施例一得到的第一图像的示意图；图7b是本专利技术实施例一得到的第二图像的示意图；图7c是本专利技术实施例一得到的综合图像的示意图；图8a是本专利技术实施例二目标物的原图图像的示意图；图8b是本专利技术实施例二得到的第一图像的示意图；图8c是图8b经过高斯滤波得到的滤波后的第一图像的示意图；图8d是本专利技术实施例二得到的第二图像的示意图；图8e是本专利技术实施例二得到的综合图像的示意图；图9a是本专利技术实施例三目标物的原图图像的示意图；图9b是本专利技术实施例三得到的第一图像的示意图；图9c是图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强大气散射条件下的成像装置，其特征在于，所述成像装置用于透过散射介质对目标物进行成像，包括激光器、空间光调制器、第一透镜、第二透镜和图像传感器，其中，所述空间光调制器包括多个可翻转的微镜，所述空间光调制器设置在所述激光器射出的激光光路上，所述激光光路经所述空间光调制器的所述微镜反射后再经过所述第一透镜透射后并透过所述散射介质射在所述目标物上，然后所述激光光路经所述目标物反射并透过所述散射介质后再经过所述第二透镜透射后射在所述图像传感器上以对所述目标物进行成像。

【技术特征摘要】
1.一种强大气散射条件下的成像装置，其特征在于，所述成像装置用于透过散射介质对目标物进行成像，包括激光器、空间光调制器、第一透镜、第二透镜和图像传感器，其中，所述空间光调制器包括多个可翻转的微镜，所述空间光调制器设置在所述激光器射出的激光光路上，所述激光光路经所述空间光调制器的所述微镜反射后再经过所述第一透镜透射后并透过所述散射介质射在所述目标物上，然后所述激光光路经所述目标物反射并透过所述散射介质后再经过所述第二透镜透射后射在所述图像传感器上以对所述目标物进行成像。2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，所述激光器采用波长为720～904nm的激光光源。3.根据权利要求1或2所述的成像装置，其特征在于，所述空间光调制器包括M×N个矩阵排列的可翻转的所述微镜。4.一种强大气散射条件下的成像方法，其特征在于，采用权利要求3所述的成像装置进行成像，包括以下步骤：S1：将一个全为1的M×N的测量矩阵输入到所述空间光调制器，在所述图像传感器上生成第一图像，其中所述测量矩阵中的1表示将所述空间光调制器中对应的所述微镜翻转至将所述激光器射出的激光光路反射到所述目标物上；S2：将一组包含0和1的M×N的测量矩阵输入到所述空间光调制器，通过该组所述测量矩阵和相应的所述图像传感器接收的光强信息，还原生成第二图像，其中所述测量矩阵中的0表示将所述空间光调制器中对应的所述微镜翻转至不将所述激光器射出的激光光路反射到所述目标物上；S3：采用频域加权的方式将所述第一图像和所述第二图像进行加权相加，生成最终的所述目标物的综合图像。5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，步骤S1还包括，对所述第一图像进行滤波处理，生成滤波后的第一图像，步骤S3中的所述第一图像为滤波后的所述第一图像。6.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，步骤S2中通过该组所述测量矩阵和相应的所述图像传感器接收的光强信息，还原生成第二图像具体包括：采用以下计算公式：y＝Φx其中，x是一维化的图像原始信息，y是m次采样所述图像传感器接收到的反射光总强度，Φ是测量矩阵集，m是一组所述测量矩阵的矩阵数量，n＝M×N；通过上述公式可以根据Φ和y重构生成x，即还原生成所述第二图像。7.根据权利要求6所述的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪岷，张临风，郝群，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44