一种烟幕环境下计算关联成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种烟幕环境下计算关联成像系统及方法，其中的一种烟幕环境下计算关联成像系统，包括：激光器，用于发射激光光束；准直扩束镜，用于将激光器发射的激光光束准直处理；匀化片，用于将准直扩束镜准直处理的激光光束匀化处理，得到一个大致均匀分布的光斑光场；DMD，用于调制光场；透镜，用于将激光束扩束；目标，用于接收经过透镜的激光光束；烟幕箱，用于散射经过目标反射的激光光束；桶探测器，用于测量反射光光强。本发明专利技术非均匀光场改善效果，采用工业相机代替单像素探测器与数据采集卡的组合，烟幕箱实现平台上烟幕储存，改善动态烟幕环境下的计算关联成像。善动态烟幕环境下的计算关联成像。善动态烟幕环境下的计算关联成像。

【技术实现步骤摘要】
一种烟幕环境下计算关联成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及计算关联成像技术，具体涉及一种烟幕环境下计算关联成像系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，计算关联成像，作为量子光学与传统光学交叉领域发展的最新成果，所具有独特的物理属性赢得了越来越多的关注，该技术又称鬼成像，不同于传统成像，该技术利用两束光之间的关联进行成像，其中一束不经过目标物体直接被具有空间分辨能力的探测器接收，另一束经过目标物体被一个无空间分辨能力的桶探测器接收，计算关联成像将对光场的探测转化为对一维强度信号的关联测量，回避了直接测量光场空间分布易受散射而畸变的问题。除此抗散射特性之外，经过理论与实验验证，计算关联成像具有探测灵敏度上超越噪声极限，超越衍射极限实现超分辨率成像，在扫描成像速率上超越奈奎斯特采样极限的优点。
[0003]当前，计算关联成像技术的应用研究尚处于探索发展阶段，主要工作集中在，遥感成像、激光三维雷达、X光显微成像，太赫兹成像、光学图像加密、穿透散射介质成像等领域。而在计算关联成像技术穿透散射介质成像领域，多涉及毛玻璃、黏土溶液、NACL溶液、鸡胸肉组织等固态或液态散射介质。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种烟幕环境下计算关联成像系统及方法，使用逐点补偿方法改善动态烟幕环境下的成像降质问题。
[0005]根据本专利技术本专利技术的一个方面，提供了一种烟幕环境下计算关联成像系统，包括：激光器，用于发射激光光束；准直扩束镜，用于将激光器发射的激光光束准直处理；匀化片，用于将准直扩束镜准直处理的激光光束匀化处理，得到一个大致均匀分布的光斑光场；DMD，用于调制光场；透镜，用于将激光束扩束；目标，用于接收经过透镜的激光光束；烟幕箱，用于散射经过目标反射的激光光束；桶探测器，用于测量反射光光强；激光光束通过激光器到准直扩束镜，再到匀化片，再到DMD，再到透镜，再到目标，再到烟幕箱，再到桶探测器。
[0006]根据本专利技术本专利技术的又一个方面，提供了一种烟幕环境下计算关联成像方法，包括：激光器发出激光束，在激光出射口放置凹透镜进行扩束，目的是使得光束质量因
子变大，这样后面再经过匀化片时光斑分布均匀而零级光斑不会过亮，再使用准直镜将光路准直，这时得到的光应该是光束质量因子稍大的激光光束，再将此激光光束完全通过匀化片，得到一个大致均匀分布的光斑光场；当光斑经过受调制的DMD时，出射方向会形成大量镜片反射形成的光斑，需要将最亮的几处光斑收集以形成清晰的投影图案，在透镜的汇聚作用下，清晰、锐利的测量图案被投影到目标物体上，经过目标反射，并经过烟幕箱内烟幕的散射作用后，在DMD同步脉冲触发作用下，工业相机将光场信息以照片的方式捕捉并储存，至此，得到了特定数量的光场照片；将每张照片面积分，得到数个强度值，将这些强度值代入计算关联成像算法程序，恢复成像。
[0007]本专利技术的优点：非均匀光场改善效果：将均匀度高的LED光源得到的光场、激光仅扩束得到的光场、激光仅经过匀化片得到的光场和激光经扩束后匀化的光场进行对比，可以看出，(a)LED光源在远心光路的作用下，输出的光斑分布较为均匀，边缘锐利，但是亮度过低，难以透过散射介质，(b)激光扩束后得到的光斑亮度明显更大，边缘模糊，但是呈中心亮周围暗的分布，且出现了干涉条纹，(c)激光不经扩束直接使用匀化片得到了一个边缘锐利但中心极亮的光斑，(b)(c)两种情况的激光光斑分布不满足计算关联成像的入射光场为均匀面阵的要求，(d)在扩束后使用匀化片得到了边缘模糊，但是分布均匀且亮度高的光斑，满足实验要求，因此实验的光源模块采用了扩束激光加匀化片的设置。
[0008]采用工业相机代替单像素探测器与数据采集卡的组合：工业相机将光电探测与数据采集集成于一体，在进行探测的同时完成采集，具有更高的灵活性。工业相机可作为一个感光面积很大的桶探测器使用，同样经过内触发或外触发的方式执行采样，将感光元件曝光后所得图像进行各像素点强度值加和，作为一次测量的总光强值记录，此时工业相机并不是作为一个具有空间分辨率的多像素探测器使用。相比光电二极管等单像素探测器，工业相机提供了可调的曝光时间、降噪调整与可视化的采集视图，这更加有利于调整实验光路，如果视场中的目标信息出现偏左或偏上等情况而丢失了部分信息，则实验会恢复不出完整的结果，因此二维视图相比单像素探测器得到的不可视的一维强度数字，给光路调整带来极大的便利。
[0009]烟幕箱实现平台上烟幕储存：本专利技术的烟幕箱设计具有灵活性，主要体现在两方面，一是调整具有灵活性，装置小巧，适用于光路调整，具有光学通过窗口，在平台上容易与计算关联成像实验结合。二是烟幕实现形式具有灵活性，可将多次释放烟幕后残存于光学窗口上的烟幕颗粒视作静态烟幕，可将密封环境下的烟幕视作慢速动态烟幕，还可将烟幕加热达到烟幕快速动态变化的效果，可研究静态、慢速动态、快速动态三种形态烟幕环境下的计算关联成像，此外，烟幕箱也具有环保性，加装了过滤器过滤排出烟气以保护实验室环境。
[0010]改善动态烟幕环境下的计算关联成像：由于烟幕刚充入箱内，过高的浓度导致激光穿透效果不佳且烟幕剧烈地翻腾变化导致强度测量值附加了较大的随机量。这两个因素导致本就微弱的光强度值难以表达由预
制光场引起的光强涨落与标记帧标记的衰减系数，因此两种方法皆无法成像。计算关联成像由于衰减因子快速变化导致光强前后涨落过大而质量降低，逐点补偿方法则由于线性拉伸矫正了畸变的光强值而获得了更高质量的成像，在帧频变低时两者成像对比更为明显。
[0011]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0012]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0013]图1是本专利技术的烟幕环境下计算关联成像系统结构示意图。
[0014]图 2是本专利技术的实验光斑图（其中，(a)LED光斑 (b) 激光经过扩束(c)激光经过匀化片(d) 激光扩束后经过匀化片）；图 3是本专利技术的不同帧频下计算关联成像与逐点补偿方法的成像对比图（其中，(a)计算关联成像结果(b)逐点补偿方法成像结果）；图 4是本专利技术的逐点补偿方法矫正强度测量值过程图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0016]名词说明：DMD
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数字微镜器件。
[0017]参考图1，一种烟幕环境下计算关联成像系统，包括：激光器，用于发射激光光束；准直扩束镜，用于将激光器发射的激光光束准直处理；匀化片，用于将准直扩束镜准直处理的激光光束匀化处理，得到一个大致均匀分布的光斑光场；DMD，用于调制光场；透镜，用于将激光束扩束；目标，用于接收经过透本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烟幕环境下计算关联成像系统，其特征在于，包括：激光器，用于发射激光光束；准直扩束镜，用于将激光器发射的激光光束准直处理；匀化片，用于将准直扩束镜准直处理的激光光束匀化处理，得到一个大致均匀分布的光斑光场；DMD，用于调制光场；透镜，用于将激光束扩束；目标，用于接收经过透镜的激光光束；烟幕箱，用于散射经过目标反射的激光光束；桶探测器，用于测量反射光光强；激光光束通过激光器到准直扩束镜，再到匀化片，再到DMD，再到透镜，再到目标，再到烟幕箱，再到桶探测器。2.一种烟幕环境下计算关联成像方法，其特征在于，包括：激光器发出激光束，在激光出射口放置凹透镜进行扩束，目的是使得光束质量因子变大，这...

【专利技术属性】
技术研发人员：程正东，胡洋頔，梁振宇，翟翔，陈熠，朱斌，樊孝春，曾波，尹福良，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：