利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法技术

本发明专利技术公开了一种利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法，包括以下步骤：1)选取可编程逻辑门电路作为控制主芯片，选取能够进行扩展的LD点阵作为可变散斑阵列；2)控制主芯片利用时钟同步控制可变散斑阵列发射可控散斑场，所述可控散斑场与待成像物体进行相互作用，再经透镜聚束后被桶探测器接收，桶探测器接收与待成像物体相互作用后的可控散斑场，然后根据接收到的与待成像物体相互作用后的可控散斑场恢复待成像物体的像，该方法能够实现高分辨率成像，并且抗扰动能力强，成像速度快。

【技术实现步骤摘要】
利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法
本专利技术属于目标成像探测领域，涉及一种利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法。
技术介绍
鬼成像的发展先后经历了纠缠双光子鬼成像、赝热光鬼成像、真热光鬼成像、反射光鬼成像和计算鬼成像等阶段。1995年，马里兰大学史砚华小组首次实验实现了基于纠缠双光子对的鬼成像。2006年，Scarcelli等人利用经典的赝热光源实现了无透镜热光鬼成像。随后吴令安小组利用铷空心阴极电子管作为光源实现了真热光鬼成像。计算鬼成像是通过实际测量与物体相互作用后的光强与预置散斑场的符合测量实现的。其特点是包含物体信息的信号光(signal)被无空间分辨能力的桶探测器探测；只包含光源光场分布信息的闲置光(idler)不与物体相作用，直接储存于计算机内存之中。因此，单单依靠探测到的携带物体信息的信号光强或者是计算机预设散斑场均不能得到物体的像，然而通过对信号光强与预设散斑进行符合后即可得到物体的像。针对实际使用过程中，由于外界环境造成的扰动导致的散斑场的畸变与衰弱。因此有人提出了高阶计算关联算法，通过发掘光场之间的高阶关联特性，在接收端通过程序设计提升图像信噪比。计算鬼成像可以实现超分辨成像、无透镜成像，具有传统成像不具有的优势。但是，计算鬼成像需要大量的采样进行关联运算，因此传统的计算鬼成像的成像速度较慢，最终成像帧频小于10Hz，受限于成像速度慢的特性，之前没有人进行过超高速计算鬼成像的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法，该方法能够实现高分辨率成像，并且抗扰动能力强，成像速度快。为达到上述目的，本专利技术所述的利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法包括以下步骤：1)选取可编程逻辑门电路作为控制主芯片，选取能够进行扩展的LD点阵作为可变散斑阵列；2)控制主芯片利用时钟同步控制可变散斑阵列发射可控散斑场，所述可控散斑场与待成像物体进行相互作用，再经透镜聚束后被桶探测器接收，桶探测器接收与待成像物体相互作用后的可控散斑场，然后根据接收到的与待成像物体相互作用后的可控散斑场恢复待成像物体的像。控制主芯片根据预置散斑生成算法控制可变散斑阵列发出可控散斑场。所述可变散斑阵列由若干LD点阵拼接而成，控制主芯片利用时钟同步控制各LD，通过拼接各LD发出的光以形成可控散斑场。利用正交散斑技术及压缩感知技术实现待成像物体图像的恢复。通过对桶探测器探测到的信号进行阶数设计，以恢复待成像物体的对比度及信噪比。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法在具体操作时，将以能够进行扩展的LD点阵作为可变散斑阵列引入到计算鬼成像中，以形成超高速计算鬼成像散斑投射的方法，其中，单个散斑的投射持续时间可以高达1GHz，远超过大气扰动及近地面气流扰动等外界环境的时间尺度，因此不易受到环境温度及湿度变化的影响，具有良好的抗扰动特性，同时成像速度较高；另外，控制主芯片利用时钟同步控制可变散斑阵列发射可控散斑场，借助于可扩展的LD点阵实现远距离目标的高质量成像，成像的质量及分辨率较高。附图说明图1为本专利技术的原理图。其中，1为LD点阵、2为待成像物体、3为透镜、4为桶探测器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1，本专利技术所述的利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法包括以下步骤：1)选取可编程逻辑门电路作为控制主芯片，选取能够进行扩展的LD点阵1作为可变散斑阵列；2)控制主芯片利用时钟同步控制可变散斑阵列发射可控散斑场，所述可控散斑场与待成像物体2进行相互作用，再经透镜3聚束后被桶探测器4接收，桶探测器4接收与待成像物体2相互作用后的可控散斑场，然后根据接收到的与待成像物体2相互作用后的可控散斑场恢复待成像物体2的像。控制主芯片根据预置散斑生成算法控制可变散斑阵列发出可控散斑场。所述可变散斑阵列由若干LD点阵1拼接而成，控制主芯片利用时钟同步控制各LD，通过拼接各LD发出的光以形成可控散斑场。利用正交散斑技术及压缩感知技术实现待成像物体2图像的恢复。通过对桶探测器4探测到的信号进行阶数设计，以恢复待成像物体2的对比度及信噪比。本专利技术计算过程为：散斑场传播L距离后的光斑分布为：同时在相同传播条件下,散斑场传播L距离处的场强分布为：I1(t)＝|E1(ρ1,t)|2假设可变散斑阵列传播L长度后到达待成像物体2，则待成像物体2表面的光场分布为：设待成像物体2的孔径函数为T(ρ')，透镜3的面积为A2，则桶探测器4探测到的光强为：得关联函数其中，aL＝2L/k0ρ0,ρL＝2L/k0a0,k0＝2π/λ其中，q为电子电荷量，η为点探测器的量子效率，A1为计算得到的傍轴近似传播L的光斑分布面积，P为散斑源的光强涨落，即可利用该二阶关联函数恢复出待成像物体2的像。但是由于光场传播过程中大气扰动与周围环境光噪声的影响，桶探测强度信号涨落本身包含了shotnoise以及暗计数等不可避免的误差信号，在实际操作时，可以通过将桶探测器4的强度数值认为的分割为N份，然后利用高阶关联计算方法恢复图像，以提升可见度与信噪比。本专利技术以超高速可控LD阵列作为可变散斑阵列实现超高速计算鬼成像方法，应用于高速运动的物体探测，针对超高速运动的物体成像，利用LD光源光斑的优良特性，结合计算鬼成像所具有的鬼成像相关特性，实现高分辨、抗噪、高质量的物体图像，从而极大地提高远距离高速物体探测的准确性，同时由于采用激光二极管(LD)作为精确同步的可变散斑阵列，利用其传播距离远、相干性好等特性，配合桶探测器4的桶接收装置，实现对超远距离目标的极弱回波信号下的目标探测与识别，极大地提升了光学雷达的应用价值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取可编程逻辑门电路作为控制主芯片，选取能够进行扩展的LD点阵(1)作为可变散斑阵列；2)控制主芯片利用时钟同步控制可变散斑阵列发射可控散斑场，所述可控散斑场与待成像物体(2)进行相互作用，再经透镜(3)聚束后被桶探测器(4)接收，桶探测器(4)接收与待成像物体(2)相互作用后的可控散斑场，然后根据接收到的与待成像物体(2)相互作用后的可控散斑场恢复待成像物体(2)的像。

【技术特征摘要】
1.一种利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取可编程逻辑门电路作为控制主芯片，选取能够进行扩展的LD点阵(1)作为可变散斑阵列；2)控制主芯片利用时钟同步控制可变散斑阵列发射可控散斑场，所述可控散斑场与待成像物体(2)进行相互作用，再经透镜(3)聚束后被桶探测器(4)接收，桶探测器(4)接收与待成像物体(2)相互作用后的可控散斑场，然后根据接收到的与待成像物体(2)相互作用后的可控散斑场恢复待成像物体(2)的像。2.根据权利要求1所述的利用LD阵列作为预置光源实现的超高速计算鬼成像方法，其特征在于，控制主芯片根据预置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，赵卫岗，袁园，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61