光场实时探测调控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于光场调控技术领域，具体涉及一种光场实时探测调控装置。本实用新型专利技术利用可编程模块控制图像传感器探测被扰动后的光场形成的图像信息，然后对所采集的图像信息进行高速实时处理，产生空间光调制器生成所需调制光场对应的调制图案信息，最后由可编程模块控制空间光调制器显示调制图案信息后对光场进行调控，避免了大批量数据传输耗时长的问题，大幅提高了光场调控速度。本实用新型专利技术光场实时探测调控装置的调控速度可达到亚毫秒量级，解决了现有光学调控系统的调控速度无法满足高速扰动下光场探测和调控的问题，在动态光学成像等领域具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
光场实时探测调控装置
本技术属于光场调控
，具体涉及一种光场实时探测调控装置。
技术介绍
光场调控是通过空间光调制器改变光场的振幅、相位和偏振态等参数实现光场波阵面的整形，进而达到消除相差、散射、环境扰动等因素对光学成像或检测的影响。光场调控的应用非常广泛，例如，在生物成像和检测领域，通过对射入生物组织的光进行光场调控，使光场在生物组织内部或外部任意一点进行聚焦，提高成像和检测的精度；在天文观测领域，通过光场调控补偿大气扰动对光场造成的波前扭曲，使天文台观测到的星系更加清晰。目前的光场调控系统，在相机拍摄光场后需要将数据传回计算机进行运算，然后再通过计算机产生对空间光调制器的控制信号来对光场进行调控。由于光场的数据信息量非常大，而且整个系统通信链路过长，相机拍摄的光场图像数据上传至计算机处理，计算机再将处理后的控制信号数据传送给空间光调制器，大量原始图像数据的传输需要消耗大量时间，导致系统响应速度很慢。然而，散射及扰动等因素对光学系统的成像和检测的影响是实时动态变化的，如果光场调控系统的调控速度无法跟上散射及扰动的变化速度，将导致光场调控失效。例如，在生物样品检测中，生物组织分子的无规则运动对光场的扰动速度在亚毫秒量级，因此要实现生物样品的准确检测，光场调控系统的响应速度也须达到亚毫秒量级甚至更高，但当前光场调控系统的调控速度极限仅能达到十毫秒量级，这远远不能满足需求。再例如，在天文观测中，大气层的高速扰动将导致天文望远镜所接收到的外来光场的波前发生扰动，使观测到的星球图像变得非常模糊，如果光场调控系统的响应速度低于大气层的扰动速度，那么将无法获得准确的星球图像信息，从而对天文学研究造成极大困扰。因此，如果能够将图像传感器和空间光调制器高度集成，并利用FPGA等可编程器件对数据进行实时处理，则可以避免大批量数据传输耗时长的问题，大幅提高光场调控的速度。此外，利用FPGA等可编程器件强大的并行处理能力，可在处理数据的同时高速传输数据，这可将光场调控系统的动态响应能力进一步提升，最终提高光学成像和检测的精度。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出了一种光场实时探测调控装置，利用可编程模块对图像传感器采集的图像信息进行高速实时处理，产生空间光调制器生成所需调制光场对应的调制图案信息，并控制空间光调制器显示调制图案信息后对光场进行调控。本技术光场实时探测调控装置的调控速度可达到亚毫秒量级，解决了现有光学调控系统的调控速度无法满足高速扰动下光场探测和调控的问题，在动态光学成像等领域具有潜在的应用前景。本技术提供了一种光场实时探测调控装置，其特征在于：包括图像传感器、空间光调制器、可编程模块；所述图像传感器用于采集被扰动后的光场形成的图像信息；所述可编程模块用于控制所述图像传感器采集被扰动后的光场形成的图像信息并对所采集的图像信息进行高速处理，产生空间光调制器生成所需调制光场对应的调制图案信息；所述空间光调制器用于显示所述调制图案信息后对光场进行调控；所述可编程模块同时用于控制所述空间光调制器显示所述调制图案信息后对光场进行调控。本技术还提供了另一种光场实时探测调控装置，其特征在于：包括图像传感器、图像传感器可编程模块、空间光调制器、空间光调制器可编程模块、高速通信模块；所述图像传感器用于采集被扰动后的光场形成的图像信息；所述图像传感器可编程模块用于控制所述图像传感器采集被扰动后的光场形成的图像信息并对所采集的图像信息进行高速处理，产生空间光调制器生成所需调制光场对应的调制图案信息；高速通信模块用于将图像传感器可编程模块中产生的所述调制图案信息传输至所述空间光调制器可编程模块；所述空间光调制器用于显示所述调制图案信息后对光场进行调控；所述空间光调制器可编程模块用于控制所述空间光调制器显示所述调制图案信息后对光场进行调控。本技术对比已有技术具有以下创新点和显著优点：1.本技术利用可编程器件的高速处理能力，对图像传感器采集的图像数据进行处理以后再传输给空间光调制器进行显示和调控，无需将原始图像数据传输至计算机处理，避免了大量原始图像数据传输消耗的时间；2.本技术将图像传感器和空间光调制器高度集成，利用同一片可编程模块，实现图像传感器对图像数据的采集和处理，并控制空间光调制器生成目标光场，无需进行数据的传输，大幅提高调控速度；3.本技术利用了可编程器件的并行处理能力，在人工智能图像处理等的过程中，图像数据的传输和处理可以并行执行，极大的提高了调控的速度；4.本技术所提供的光场实时探测与调控装置具有极高的调控速度，可大幅提高成像精度，可运用于诸如生物组织在体成像检测等的动态光学成像和检测中。附图说明图1为本技术光场实时探测调控方法的示意图；图2为本技术光场实时探测调控一体化集成装置的示意图；图3为本技术光场实时探测调控分体式装置的示意图；图4为本技术光场实时探测调控一体化集成装置运用于自适应光学校正系统中的实施例示意图；图5为采用本技术光场实时探测调控装置获得的自适应光学波前校正效果图，其中图5的（a）为校正前图像，图5的（b）为现有光场调控系统校正后得到的图像，5的（c）为经过本技术光场实时调控装置校正后得到的图像；图6为本技术光场实时探测调控分体式装置运用于散射介质聚焦的实施例示意图；图7为采用本技术光场实时探测调控装置获得的散射介质聚焦效果图，其中图7的（a）为调控前图像，图7的（b）为现有光场调控系统调控后得到的聚焦图像，7的（c）为经过本技术光场实时调控装置调控后得到的聚焦图像；其中：1-图像传感器、2-空间光调制器、3-可编程模块、4-图像传感器可编程模块、5-空间光调制器可编程模块、6-高速通信模块、7-CMOS图像传感器、8-可变形反射镜、9-外星系、10-扰动气体、11-分光棱镜、12-分光棱镜、13-夏克哈特曼透镜阵列、14-透镜、15-摄像机、16-铁电空间光调制器、17-散射介质、18-激光器、19-半波片、20-分光棱镜、21-反射镜、22-透镜、23-透镜、24-半波片、25-扩束系统、26-反射镜、27-分光棱镜、28-分光棱镜、29-分光棱镜、30-透镜。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。本技术将利用可编程器件的高速处理能力对图像数据进行片上处理，可实现高速扰动下光场的实时探测和调控，可运用于动态光学成像检测系统中。以下通过各实施例对本技术的实施进行详细的阐述。实施例1本实施例将本技术提出的光场实时探测调控装置应用到自适应光学校正系统中，空间光调制器所调控的光场为被流动气体扰动后的光场，实现了由干扰气体造成的光束的波前扰动的高速准确的校正。本实施例所构建的光场实时探测调控装置如附图4所示，其图像传感器使用的是CMOS图像传感器7、空间光调制器使用的是可变形反射镜8；CMOS图像传感器7用于采集被扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光场实时探测调控装置，其特征在于：包括图像传感器、空间光调制器、可编程模块；所述图像传感器用于采集被扰动后的光场形成的图像信息；所述可编程模块用于控制所述图像传感器采集被扰动后的光场形成的图像信息并对所采集的图像信息进行高速处理，产生空间光调制器生成所需调制光场对应的调制图案信息；所述可编程模块同时用于控制所述空间光调制器显示所述调制图案信息后对光场进行调控；所述空间光调制器用于显示所述调制图案信息后对光场进行调控。/n

【技术特征摘要】
1.光场实时探测调控装置，其特征在于：包括图像传感器、空间光调制器、可编程模块；所述图像传感器用于采集被扰动后的光场形成的图像信息；所述可编程模块用于控制所述图像传感器采集被扰动后的光场形成的图像信息并对所采集的图像信息进行高速处理，产生空间光调制器生成所需调制光场对应的调制图案信息；所述可编程模块同时用于控制所述空间光调制器显示所述调制图案信息后对光场进行调控；所述空间光调制器用于显示所述调制图案信息后对光场进行调控。


2.根据权利要求1所述的光场实时探测调控装置，其特征在于：所述图像传感器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。


3.根据权利要求1所述的光场实时探测调控装置，其特征在于：所述可编程模块为基于SOC的可编程模块、基于FPGA的可编程模块和基于FPGA和DSP组合的可编程模块中的一种。


4.根据权利要求1所述的光场实时探测调控装置，其特征在于：所述空间光调制器为数字微镜阵列、液晶空间光调制器、铁电空间光调制器和可变形反射镜中的一种。


5.光场实时探测调控装置，其特征在于：包括图像传感器、图像传感器可编...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨佳苗，刘林仙，何巧芝，童强，
申请(专利权)人：杨佳苗，
类型：新型
国别省市：上海;31