基于光学相控散斑场的成像方法技术

本发明专利技术涉及光学相控阵成像技术领域，公开了一种基于光学相控散斑场的成像方法，包括步骤：S1：将相干光源发出的光束分成多路子光束，并分别对各个子光束的相位进行调制，使被调制后的多路子光束在传播过程中相互干涉形成散斑场；S2：将所述散斑场分成照明散斑场和成像散斑场，照明散斑场用于照射目标物体所在的目标面，成像散斑场投射到成像面上；S3：实时探测从所述目标面反射回来的照明散斑场的光强；S4：根据探测到的光强实时调制所述相干光源，使输出的光强变化曲线实时的和探测到的光强变化曲线满足预定关系，成像面上的感光器件将实时的显现出目标面的图像。本发明专利技术充分利用光学相控阵光源可输出超高速变化散斑的特点，实现了超高速成像。

【技术实现步骤摘要】
基于光学相控散斑场的成像方法
本专利技术涉及光学相控阵成像
，特别涉及一种基于光学相控散斑场的成像方法。
技术介绍
目前，超高速成像可分为两种方式：1)提高阵列探测器(比如CCD)的探测速度，目前最快的CCD相机可达1MHz的成像速率，但是其分辨率低而且要求光强较强。2)采用高速变化散斑(空间光强分布具有一定结构)照射物体，然后用单点探测器(比如：桶探测器)高速探测回波光强，通过计算得到物体的像。采用第二种方式较为常见的技术是激光雷达和鬼成像等单像素方法。激光雷达采用的是逐点扫描的方式(即每张散斑为一个移动的像素)，而鬼像是采用随机、Hadamard等散斑。要实现超高速成像，不但要求散斑变化的速度快，而且还需要实时的知道每张散斑的准确图样以便计算物体的像。产生快速变化散斑的技术通常称为空间光调制技术，可分为对非相干光和相干光的调制。非相干光空间调制器直接对空间各点的光强进行调制，比如DMD,LED阵列等。非相干光空间调制器的点阵个数和调制速率是两个相互制约的关系。比如，DMD的点阵数量大，但是其调制速率较慢，通常在20kHz左右；LED阵列的调制速率可达几百MHz，但点阵增多时，其调制速率线性降低，难于实现高速率、高分辨率的成像。相干光空间调制器对空间各点光场的位相进行调制，各点光场在传播中相互干涉，并在目标面上形成了干涉图样。相干光空间调制器可通过少数几个点阵的光场干涉形成复杂的干涉图样，从而实现了等效点阵数量大调制速率高的空间光强调制。因此，相干光空间调制技术成为目前高速、高分辨率成像技术的热门研究对象。光学相控阵是相干光空间调制技术的一个重要的方向，其来源于传统的微波相控阵技术。光学相控阵主要用于产生光束偏折，在军用和民用光束扫描方面具有广阔的应用前景，除了在激光显示、激光通信和激光照排等方面外,最重要的应用是激光相控阵雷达、空间激光通信等军事应用领域。目前，用于实现光束偏转的光学相控阵基本有下面几种方法：基于液晶；基于PLZT；基于光波导；基于MEMS器件。这几种方法各有优缺点。采用液晶材料的相控阵虽然工作电压很低，且可以实现大角度偏转，但是液晶的响应非常缓慢，调制速率低。基于PLZT的光学相控阵的速度达到亚微秒，具有快速连续扫描能力，但是PLZT材料需要的调制电压过高，扫描角度小。光波导相控阵因具有响应速度快，但是其难于实现两维大角度扫描，而且其调制速率和相位稳定性难于两全，限制了其进一步的发展。MEMS光学相控阵虽然扫描速度快，但是扫描角度有限(传统的相控阵调制速率和扫描的视场角成反比，MHz以上的速率下视场角通常不超过3度，100Hz的低速率下通常不超过30度)。因此，目前相控阵技术还不能实现大角度、高速两维光束扫描的性能，制约了点扫描成像(激光雷达)的发展。光学相控阵除了用于光束偏转外，也可以用于产生散斑(特别是随机散斑)，通过鬼成像的方式实现成像，这也是目前一个重要的研究方向。采用体型电光调制器可以产生精准的控制相位，但是其调制电压在几百到几千伏，难于实现超过高速(通常不超过1MHz)多点阵的调制，因此其调制速率和散斑的多样性难于满足高速成像的要求。波导型的电光调制器工作电压低(通常不超过5V)、调制速率可高达100GHz，但是波导型的调制器相位漂移严重，通常1秒钟能漂移一个波长。如果环境的震动、温度变化稍微大点，其漂移会更快更严重。因此，用波导型电光调制器制成的高速相控阵，其产生的散斑基本上不可预测。由于在鬼成像要求实时获知散斑的准确信息，这种高速的相控阵光源难于用于成像。综上所述，目前还未有一种基于空间光调制技术的高成像速率、大视场角和高分辨率的成像技术。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于光学相控散斑场的成像方法，解决现有技术中相控阵难于实现高速光束扫描从而无法实现高速成像的问题。本专利技术的一种基于光学相控散斑场的成像方法，包括步骤：S1：将相干光源发出的光束分成多路子光束，并分别对各个子光束的相位进行调制，使被调制后的多路子光束在传播过程中相互干涉形成散斑场；S2：将所述散斑场分成照明散斑场和成像散斑场，照明散斑场用于照射目标物体所在的目标面，成像散斑场投射到成像面上，且所述照明散斑场和成像散斑场分别在成像面和目标面上形成的光强分布共轭；S3：实时探测从所述目标面反射回来的照明散斑场的光强；S4：根据探测到的光强实时调制所述相干光源，使输出的光强变化曲线和实时探测到的光强变化曲线满足预定关系，以在成像面上的感光器件实时显现出目标面的图像。其中，所述步骤S1中，所述相干光源发出一束相干光，将所述相干光分成多路子光束。其中，所述步骤S1中，两个所述相干光源分别发出第一相干光束和第二相干光束，将所述第一相干光束和第二相干光束合成一束后分成多路子光束，且步骤S2中，采用分束器将散斑场中来源于第一相干光束的光和第二相干光束的光分开，来源于第一相干光束的光成为照明散斑场，来源于第二相干光束的光为成像散斑场，所述步骤S4中调制第二相干光源。其中，所述分束器为具有波段选择功能的分束器。其中，所述步骤S1中，具体包括：采用随机调制方式对多路子光束进行相位调制，且调制后满足以下条件：子光束的附加相位为：φ(ρj，t)，其中ρj为第j个子光束的坐标，多路子光束在目标面上形成的光强分布为：其中，z为子光束发射面离目标面的距离，ξ为发射面的坐标，r为目标面的坐标，λ为波长，δa为类delta函数，下标a表征子光束的尺寸，在成像面上的光强分布于目标面上共轭，表示为：M(ζ，t)＝α·S(m·ζ，t)，其中，ζ为成像面的坐标，m为放大系数，t为时刻，α是一个常数，表征两个面的总体亮度的差别。其中，步骤S4中，照明散斑场照射到目标面后，目标面返回来的回光被探测器所探测，其总光强为：B(t)＝∫S(r，t)·O(r)dr(1)其中，O(r)为物体对照明散斑场的响应函数，探测到的光强用于实时调制产生成像散斑场的相干光源的光强，在成像面上的感光器件对变化的散斑场进行时间积分，其结果可表示为：其中，T{}为一个特定的调制函数，ΔT为感光器件的积分时间，成像面上的感光器件显现出物体的图像。其中，所述调制函数T{}为线性调制：其中，μ为调制系数，调制后，在感光器件上显示出的图像为，其中，δD(mζ-r)为一个类delta函数，下标D表征峰的宽度，即分辨率的大小，G(ζ，t)为物体和δD的卷积的结果，即分辨率为D的目标物体的图像。其中，所述步骤S1中采用多路相位调制器或集成的相控阵对多路子光束进行相位调制。本专利技术的基于光学相控散斑场的成像方法中，通过多路相位调制产生随时间变化的散斑场，并将散斑场分成照明散斑场和成像散斑场，前者投射到目标面，后者投射到成像面，并使得两个散斑场在成像面和目标面上共轭，照明散斑照射物体后的反射回来的总光强被用于实时的调制产生成像散斑的相干光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学相控散斑场的成像方法，其特征在于，包括步骤：/nS1：将相干光源发出的光束分成多路子光束，并分别对各个子光束的相位进行调制，使被调制后的多路子光束在传播过程中相互干涉形成散斑场；/nS2：将所述散斑场分成照明散斑场和成像散斑场，照明散斑场用于照射目标物体所在的目标面，成像散斑场投射到成像面上，且所述照明散斑场和成像散斑场分别在成像面和目标面上形成的光强分布共轭；/nS3：实时探测从所述目标面反射回来的照明散斑场的光强；/nS4：根据探测到的光强实时调制所述相干光源，使输出的光强变化曲线和实时探测到的光强变化曲线满足预定关系，以在成像面上的感光器件实时显现出目标面的图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光学相控散斑场的成像方法，其特征在于，包括步骤：
S1：将相干光源发出的光束分成多路子光束，并分别对各个子光束的相位进行调制，使被调制后的多路子光束在传播过程中相互干涉形成散斑场；
S2：将所述散斑场分成照明散斑场和成像散斑场，照明散斑场用于照射目标物体所在的目标面，成像散斑场投射到成像面上，且所述照明散斑场和成像散斑场分别在成像面和目标面上形成的光强分布共轭；
S3：实时探测从所述目标面反射回来的照明散斑场的光强；
S4：根据探测到的光强实时调制所述相干光源，使输出的光强变化曲线和实时探测到的光强变化曲线满足预定关系，以在成像面上的感光器件实时显现出目标面的图像。


2.如权利要求1所述的基于光学相控散斑场的成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述相干光源发出一束相干光，将所述相干光分成多路子光束。


3.如权利要求1所述的基于光学相控散斑场的成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，两个所述相干光源分别发出第一相干光束和第二相干光束，将所述第一相干光束和第二相干光束合成一束后分成多路子光束，且步骤S2中，采用分束器将散斑场中来源于第一相干光束的光和第二相干光束的光分开，来源于第一相干光束的光成为照明散斑场，来源于第二相干光束的光为成像散斑场，所述步骤S4中调制第二相干光源。


4.如权利要求3所述的基于光学相控散斑场的成像方法，其特征在于，所述分束器为具有波段选择功能的分束器。


5.如权利要求1所述的基于光学相控散斑场的成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体包括：
采用随机调制方式对多路子光束进行相位调制，且调制后满足以下条件：
子光束的附加相位为：φ(ρj，t...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁园，陈辉，王高，
申请(专利权)人：深圳光隐科技有限公司，袁园，
类型：发明
国别省市：广东;44