基于Richardson制造技术

基于Richardson

【技术实现步骤摘要】
基于Richardson
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Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法


[0001]本专利技术属于激光穿透散射介质成像


技术介绍

[0002]穿透散射介质成像是现代光学的基本问题之一，对科学和
都具有重要的意义，特别是在生物医学成像、水下探测成像、穿透云雾成像等方面。穿透散射介质成像的基本原理为：光子在散射介质中传播可以分为没有经过散射的弹道光子、较少散射干扰的蛇形光子和漫射光子，现有技术中通常采用时间门技术将用于成像的弹道光子、蛇形光子与漫射光子相分离，时间门技术依据光子经过散射介质后到达探测器的时间不同加以区分，弹道和蛇形光子到达的时间早，而漫射光子到达的时间晚。经过时间门后去掉不利于成像的漫射光子，使目标在探测器上成像，但基于时间门控成像的精度不高，分辩率比较低，主要是因为，经过时间门成像不但包括未被散射干扰弹道光子的图像，而且同时包含了受到较少散射干扰的蛇形光子的图像，由于蛇形光子在时间分布上有一定的展宽，蛇形光子成像空间分辨率较低，使得最终图像相对模糊。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是为了解决基于时间门控的弹道成像方法输出图像分辨低的问题，提供了一种基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法。
[0004]本专利技术所述基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，该方法包括步骤：
[0005]步骤一、利用APD阵列探测器采集受散射干扰的目标表面反射的激光信号；
[0006]步骤二、利用时间门保留激光信号中的弹道光子和蛇形光子；
[0007]步骤三、采用Richardson
–
Lucy反卷积估计每个通道的没有展宽的光子时间分布；
[0008]步骤四、迭代收敛后，根据步骤三估计的光子时间分布截取各个通道上光子数峰值作为该通道的有效光子数；
[0009]步骤五、根据各个通道的有效光子数重新构建弹道光图像。
[0010]优选地，APD阵列探测器具有m
×
n个通道。
[0011]优选地，APD阵列探测器采集到的任一单个通道上光子时间分布为h
i i＝1,2,...,m
×
n。
[0012]优选地，步骤三采用Richardson
–
Lucy反卷积估计每个通道的没有展宽的光子时间分布
[0013][0014]式中：
[0015]h表示时间门提供的标准光子时间分布；
[0016]g
i
表示经过时间门后形成的弹道光图像中第i个通道上的光子分布；
[0017]表示第i个通道的第k
‑
1次迭代结果，表示第i个通道的第k次迭代结果，第i个通道的迭代初始值为任意猜想光子时间分布；
[0018]*分别为相关和卷积。
[0019]优选地，迭代次数k＝10～20。
[0020]优选地，迭代次数k＝15。
[0021]优选地，还包括以下步骤：
[0022]步骤六、将连续多帧弹道光图像叠加获取目标图像。
[0023]优选地，m
×
n＝32
×
32。
[0024]一种穿透散射介质成像探测系统，该系统用于实现所述的基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，所述系统包括激光器1、发射光学系统2、散射介质4、接收光学系统5、阵列探测器6和计算机7；
[0025]激光器1产生激光信号经过发射光学系统2进行准直扩束后打入散射介质3，经过散射介质3后激光信号受到散射干扰，然后照射到成像目标4的表面；在成像目标4表面处激光信号发生反射，再次穿过散射介质3；然后激光信号返回到接收系统，被接收光学系统5收集；接收的激光信号经过接收系统5的调节照射在阵列探测器6上；
[0026]阵列探测器6首先采集m
×
n个通道中的单个通道上光子数的时间分布，然后阵列探测器6基于时间门、利用m
×
n个通道采集受散射干扰的目标表面反射的激光信号，得到弹道光图像；
[0027]计算机对弹道光图像进行反卷积处理重建目标图像。
[0028]优选地，阵列探测器6选用APD阵列探测器。
[0029]本专利技术的有益效果：以基于时间门控的弹道光成像方法为基础增加反卷积处理，将光子数在探测器单个通道的时间分布作为反卷积的先验条件，利用Richardson
–
Lucy反卷积来减小弹道光图像中的时域展宽模糊，使得弹道光图像的分辨率得到提升，然后对弹道光图像进行多帧叠加消除背景噪声影响，重建出隐藏在散射介质后的目标图像。
[0030]与现有技术相比，现有技术将蛇形光子看成无用信息，通过提升探测精度来去除蛇形光子，从而获得精确的弹道光子信息。本专利技术将蛇形光子作为有用信息来增加成像目标的信息量，利用Richardson
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Lucy反卷积来抑制蛇形光子在时域的展宽模糊，使得光子的时间直方图变窄，从而提升弹道光图像的横向分辨率。这对于恶劣环境下(例如云雾天气，浑浊水体等等)的成像探测具有重要意义。
附图说明
[0031]图1是穿透散射介质高分辨率成像原理框图；
[0032]图2是本专利技术基于Richardson
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Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法的原理图；
[0033]图3是单个通道的光子分布图。
具体实施方式
[0034]具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于Richardson
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Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，该方法包括步骤：
[0035]步骤一、利用APD阵列探测器采集受散射干扰的目标表面反射的激光信号；
[0036]步骤二、利用时间门保留激光信号中的弹道光子和蛇形光子；
[0037]步骤三、采用Richardson
–
Lucy反卷积估计每个通道的没有展宽的光子时间分布；
[0038]步骤四、迭代收敛后，根据步骤三估计的光子时间分布截取各个通道上光子数峰值作为该通道的有效光子数；
[0039]步骤五、根据各个通道的有效光子数重新构建弹道光图像。
[0040]该方法基于图1所示的穿透散射介质成像探测系统实现，所述系统包括激光器1、发射光学系统2、散射介质4、接收光学系统5、阵列探测器6和计算机7；
[0041]激光器1产生激光信号经过发射光学系统2进行准直扩束后打入散射介质3，准直扩束是为了保证未受散射干扰的激光信号能够均匀照射到目标表面4，经过散射介质3后激光信号受到散射干扰，然后照射到成像目标4的表面；在成像目标4表面处激光信号发生反射，再次穿过散射介质3；然后激光信号返回到接收系统，被接收光学系统5收集；接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，其特征在于，该方法包括步骤：步骤一、利用APD阵列探测器采集受散射干扰的目标表面反射的激光信号；步骤二、利用时间门保留激光信号中的弹道光子和蛇形光子；步骤三、采用Richardson
–
Lucy反卷积估计每个通道的没有展宽的光子时间分布；步骤四、迭代收敛后，根据步骤三估计的光子时间分布截取各个通道上光子数峰值作为该通道的有效光子数；步骤五、根据各个通道的有效光子数重新构建弹道光图像。2.根据权利要求1所述基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，其特征在于，APD阵列探测器具有m
×
n个通道。3.根据权利要求2所述基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，其特征在于，APD阵列探测器采集到的任一单个通道上光子时间分布为h
i
i＝1,2,...,m
×
n。4.根据权利要求3所述基于Richardson
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Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，其特征在于，步骤三采用Richardson
–
Lucy反卷积估计每个通道的没有展宽的光子时间分布分布式中：h表示时间门提供的标准光子时间分布；g
i
表示经过时间门后形成的弹道光图像中第i个通道上的光子分布；表示第i个通道的第k
‑
1次迭代结果，表示第i个通道的第k次迭代结果，第i个通道的迭代初始值为任意猜想光子时间分布；*分别为相关和卷积。5.根据权利要求4所述基于Richardson
–
Lucy反卷积的穿透散射介质高分辨率成像方法，其特征在于，迭代次数k＝10...

【专利技术属性】
技术研发人员：张子静，李家欢，赵远，孙怿飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：