一种无序介质通道分析装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种无序介质通道分析装置和方法，该方法首先通过计算机生成指定尺寸的哈达玛图像并加载至光路系统，每次加载时采集一次图像并保存图像；然后通过哈达玛图像和传感器图像分别计算出对应无序介质透射和反射的传输矩阵；其次对透射和反射传输矩阵分别做奇异值分解，得到对应的传输通道矩阵；最后根据透射和反射传输矩阵对应的传输通道矩阵确定两组传输通道的相对映射系数。本发明专利技术通过计算出映射系数能够定性地表达同一入射光在反射和透射两侧的相对光强大小。

【技术实现步骤摘要】
一种无序介质通道分析装置和方法
本专利技术涉及无序介质技术，尤其涉及一种无序介质通道分析装置和方法。
技术介绍
无序介质在生活中无处不在，大气、生物组织、甚至海洋都可以归于此类，因此对无序介质的研究具有十分重要的意义。现有技术中对无序介质的研究方法包括利用波前整形法、相位共轭法或传输矩阵法使无序介质的透射或反射的散射光束聚焦和成像。现有文献中大多都是采用这些方法针对无序介质的某一侧光束进行解析，然而在实际生活中，并不一定能够采集到指定一侧的光束，因此，研究目标侧和相反侧的光束之间的关系具有非常重要的实际意义。另外，现有文献中对无序介质的通道的讨论绝大部分也是基于特定一侧的光束，讨论各个通道对应的特征值的分布，探究对该侧光强影响最大的通道并致力于将光束耦合进该通道，而对两侧光束的通道之间的关系研究甚少，不能够同时分析耦合一束光线时两侧光强的同步变化，以及他们的对应关系，不适用于需要同时利用两侧光信息的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种无序介质通道分析装置。实现本专利技术的技术解决方案为：一种无序介质通道分析装置，包括光源、第一透镜、第二透镜、空间光调制器、光路折转系统、分光镜、第一显微镜、无序介质、第二显微镜、第一传感器、第二传感器以及计算机，其中：所述光源、第一透镜、第二透镜在一水平线上同轴放置，所述空间光调制器、分光镜、第一显微镜、无序介质、第二显微镜、第一传感器在另一水平线上同轴放置，第二传感器与分光镜同轴放置，所述计算机用于将相位图像写入空间光调制器同时接收和记录第一光电传感器、第二光电传感器感应的光强信息并根据上述光强信息对无序介质通道进行分析；光源发出的光经第一透镜和第二透镜扩束和准直，以平行光出射至光路折转系统，平行光经光路折转系统垂直入射到空间光调制器的液晶表面中心，经空间光调制器调制和反射后经过第一显微镜聚焦到无序介质表面，聚焦到无序介质的光分为两部分，一部分为透过无序介质的散射光，该透射的散射光经过第二显微镜消除聚焦作用后被第一传感器接收，另一部分为被无序介质反射的散射光，该反射的散射光经过第一显微镜消除聚焦作用后被分光镜反射到第二传感器接收。优选地，所述光路折转系统包括第一分束镜和第二分束镜，所述第一分束镜和第二分束镜用于将光束反射两次，反射后的光束与入射光束平行但传播方向相反。优选地，所述光源为连续型激光器，发出的光为连续型可见激光。本专利技术还公开了一种无序介质通道分析方法，具体步骤为：步骤1、搭建光路系统；步骤2、计算机生成指定尺寸的哈达玛图像，取其列向量分别整形为方阵，按顺序将方阵的四步移相图加载至光路系统，每次加载时采集一次图像并保存图像；步骤3、通过哈达玛图像和传感器图像分别计算出对应无序介质透射和反射的传输矩阵；步骤4、对透射和反射传输矩阵分别做奇异值分解，得到对应的传输通道，即对传输矩阵K做奇异值分解SVD(K)＝U∑V,得到将输入通道映射到随机散射介质特征通道的酉矩阵V，将随机散射介质特征通道映射到输出通道上的酉矩阵U，以及对角线上元素为非负实数的奇异值对角矩阵∑，其中V的列包含了所需的传输通道信息，V的每列均为一个传输通道；步骤5、确定两组传输通道的相对映射系数，计算公式为α＝VRVT'，其中VT、VR分别为对应于透射矩阵和反射矩阵做奇异值分解后的传输通道矩阵，符号“'”表示取其共轭转置。优选地，搭建的光路系统包括光源、第一透镜、第二透镜、空间光调制器、光路折转系统、分光镜、第一显微镜、无序介质、第二显微镜、第一传感器以及第二传感器，其中：所述光源、第一透镜、第二透镜在一水平线上同轴放置，所述空间光调制器、分光镜、第一显微镜、无序介质、第二显微镜、第一传感器在另一水平线上同轴放置，第二传感器与分光镜同轴放置；光源发出的光经第一透镜和第二透镜扩束和准直，以平行光出射至光路折转系统，平行光经光路折转系统垂直入射到空间光调制器的液晶表面中心，经空间光调制器调制和反射后经过第一显微镜聚焦到无序介质表面，聚焦到无序介质的光分为两部分，一部分为透过无序介质的散射光，该透射的散射光经过第二显微镜消除聚焦作用后被第一传感器接收，另一部分为被无序介质反射的散射光，该反射的散射光经过第一显微镜消除聚焦作用后被分光镜反射到第二传感器接收。优选地，所述光路折转系统包括第一分束镜和第二分束镜，所述第一分束镜和第二分束镜用于将光束反射两次，反射后的光束与入射光束平行但传播方向相反。优选地，步骤4对透射和反射传输矩阵分别做奇异值分解，得到对应的传输通道矩阵具体为：对传输矩阵K做奇异值分解SVD(K)＝U∑V,得到将输入通道映射到随机散射介质特征通道的酉矩阵V，将随机散射介质特征通道映射到输出通道上的酉矩阵U，以及对角线上元素为非负实数的奇异值对角矩阵∑，其中V的列包含了所需的传输通道信息，V的每列均为一个传输通道。优选地，步骤5根据透射和反射传输矩阵对应的传输通道矩阵确定两组传输通道的相对映射系数的计算公式为α＝VRVT'，其中VT、VR分别为对应于透射矩阵和反射矩阵做奇异值分解后的传输通道矩阵，符号“'”表示取其共轭转置。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术相对无序介质两侧出射光的入射光为同一光束，提高了精确性；(2)本专利技术提出了从通道响应的新角度来分析无序介质，通过计算出映射系数能够定性地表达同一入射光在反射和透射两侧的相对光强大小。下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。附图说明图1是一种无序介质通道分析装置示意图。图2是实施例1中的哈达玛图像。图3是反射最大和最小通道映射到透射通道的系数的散点图和直方图。具体实施方式一种无序介质通道分析装置，包括光源、第一透镜2、第二透镜3、空间光调制器4、光路折转系统5、分光镜6、第一显微镜7、无序介质8、第二显微镜9、第一传感器10、第二传感器11以及计算机12，其中：所述光源、第一透镜2、第二透镜3在一水平线上同轴放置，所述空间光调制器4、分光镜6、第一显微镜7、无序介质8、第二显微镜9、第一传感器10在另一水平线上同轴放置，第二传感器11与分光镜6同轴放置，所述计算机用于将相位图像写入空间光调制器4同时接收和记录第一光电传感器10、第二光电传感器11感应的光强信息并根据上述光强信息对无序介质通道进行分析；光源发出的光经第一透镜2和第二透镜3扩束和准直，以平行光出射至光路折转系统5，平行光经光路折转系统5垂直入射到空间光调制器4的液晶表面中心，经空间光调制器4调制和反射后经过第一显微镜7聚焦到无序介质8表面，聚焦到无序介质8的光分为两部分，一部分为透过无序介质8的散射光，该透射的散射光经过第二显微镜9消除聚焦作用后被第一传感器10接收，另一部分为被无序介质8反射的散射光，该反射的散射光经过第一显微镜7消除聚焦作用后被分光镜6反射到第二传感器11接收。进一步的实施例中，所述光路折转系统5包括第一分束镜5-1和第二分束镜5-2，所述第一分束镜5-1和第二分束镜5-2用于将光束反射两次，反射后的光束与入射光束平行但传播方向相反。进一步的实施例中，所述光源为连续型激光器，发出的光为连续型可见激光。一种无序介质通道分析方法，具体步骤为：步骤1、搭建光路系统；步骤2、计算机生成指定尺寸的哈达玛图像，取其列向量分别整形为方阵，按顺序将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无序介质通道分析装置，其特征在于，包括光源、第一透镜(2)、第二透镜(3)、空间光调制器(4)、光路折转系统(5)、分光镜(6)、第一显微镜(7)、无序介质(8)、第二显微镜(9)、第一传感器(10)、第二传感器(11)以及计算机(12)，其中：所述光源、第一透镜(2)、第二透镜(3)在一水平线上同轴放置，所述空间光调制器(4)、分光镜(6)、第一显微镜(7)、无序介质(8)、第二显微镜(9)、第一传感器(10)在另一水平线上同轴放置，第二传感器(11)与分光镜(6)同轴放置，所述计算机用于将相位图像写入空间光调制器(4)同时接收和记录第一光电传感器(10)、第二光电传感器(11)感应的光强信息并根据上述光强信息对无序介质通道进行分析；光源发出的光经第一透镜(2)和第二透镜(3)扩束和准直，以平行光出射至光路折转系统(5)，平行光经光路折转系统(5)垂直入射到空间光调制器(4)的液晶表面中心，经空间光调制器(4)调制和反射后经过第一显微镜(7)聚焦到无序介质(8)表面，聚焦到无序介质(8)的光分为两部分，一部分为透过无序介质(8)的散射光，该透射的散射光经过第二显微镜(9)消除聚焦作用后被第一传感器(10)接收，另一部分为被无序介质(8)反射的散射光，该反射的散射光经过第一显微镜(7)消除聚焦作用后被分光镜(6)反射到第二传感器(11)接收。...

【技术特征摘要】
1.一种无序介质通道分析装置，其特征在于，包括光源、第一透镜(2)、第二透镜(3)、空间光调制器(4)、光路折转系统(5)、分光镜(6)、第一显微镜(7)、无序介质(8)、第二显微镜(9)、第一传感器(10)、第二传感器(11)以及计算机(12)，其中：所述光源、第一透镜(2)、第二透镜(3)在一水平线上同轴放置，所述空间光调制器(4)、分光镜(6)、第一显微镜(7)、无序介质(8)、第二显微镜(9)、第一传感器(10)在另一水平线上同轴放置，第二传感器(11)与分光镜(6)同轴放置，所述计算机用于将相位图像写入空间光调制器(4)同时接收和记录第一光电传感器(10)、第二光电传感器(11)感应的光强信息并根据上述光强信息对无序介质通道进行分析；光源发出的光经第一透镜(2)和第二透镜(3)扩束和准直，以平行光出射至光路折转系统(5)，平行光经光路折转系统(5)垂直入射到空间光调制器(4)的液晶表面中心，经空间光调制器(4)调制和反射后经过第一显微镜(7)聚焦到无序介质(8)表面，聚焦到无序介质(8)的光分为两部分，一部分为透过无序介质(8)的散射光，该透射的散射光经过第二显微镜(9)消除聚焦作用后被第一传感器(10)接收，另一部分为被无序介质(8)反射的散射光，该反射的散射光经过第一显微镜(7)消除聚焦作用后被分光镜(6)反射到第二传感器(11)接收。2.根据权利要求1所述的无序介质通道分析装置，其特征在于，所述光路折转系统(5)包括第一分束镜(5-1)和第二分束镜(5-2)，所述第一分束镜(5-1)和第二分束镜(5-2)用于将光束反射两次，反射后的光束与入射光束平行但传播方向相反。3.根据权利要求1所述的无序介质通道分析装置，其特征在于，所述光源为连续型激光器，发出的光为连续型可见激光。4.一种无序介质通道分析方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1、搭建光路系统；步骤2、计算机生成指定尺寸的哈达玛图像，取其列向量分别整形为方阵，按顺序将方阵的四步移相图加载至光路系统，每次加载时采集一次图像并保存图像；步骤3、通过哈达玛图像和传感器图像分别计算出对应无序介质透射和反射的传输矩阵；步骤4、对透射和反射传输矩阵分别做奇异值分解，得到对应的传输通道矩阵；步骤5、根据透射和反射传输矩阵对应的传输通道矩阵确定两组...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛煜，李扬彦，王林，李婧御，吴钰，张也，韩伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32