密集方位采样分块式平面光电成像系统技术方案

本发明专利技术公开一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，属于干涉成像技术领域，包括若干个沿圆周径向均匀排列的一维干涉臂，其包括从顶层至底层顺次分布的微透镜阵列、光子集成电路子系统、平衡正交探测器阵列和信号处理子系统；每一个一维干涉臂上均设有奇数个采取首尾相接配对方式的微透镜，来自目标场景的光经过透镜对耦合进入光子集成电路子系统，形成干涉条纹，信号处理子系统根据平衡正交探测器阵列检测的互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，对离散空间采样频谱进行重建，对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景图像。本发明专利技术能够有效弱化理想图像伪影，提高理想图像成像质量，同时提高实际目标场景图像质量。

【技术实现步骤摘要】
密集方位采样分块式平面光电成像系统
本专利技术涉及干涉成像
，特别是涉及一种密集方位采样分块式平面光电成像系统。
技术介绍
SPIDER成像技术的研制涉及到微纳制造技术、光子集成回路、空间频率欠采样图像反演等技术。在SPIDER中，传统成像系统的大型光学器件和支撑结构被微透镜阵列和光子集成电路(PIC)构成的密集干涉仪阵列所替代，可以实现大的有效孔径用以高分辨率成像，同时最大限度的减少系统的体积、质量和成本。尽管近几年来做了很多相应的研究，微透镜阵列、基线配对方式和空间频率采样都做了一定的优化，但是由于空间频域采样点的稀疏性和不均匀性，从自相关中寻找目标物体中两点的规则有效性受限，导致重建后的图像模糊。传统的SPIDER系统往往需要通过后期的重建算法来增强图像清晰度和最小化伪影。但若理想图像存在伪影，峰值信噪比(PeakSignaltoNoiseRatio，PSNR)客观评价指标不高，采样后恢复的实际图像优化空间少，噪声严重，图像清晰度不高。这些都将成为发展和优化超轻、超薄、高分辨率SPIDER成像系统关键问题。
技术实现思路
针对传统SPIDER技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，其有效弱化了理想图像伪影，提高PSNR上限，且根据密集方位采样二维透镜结构设计的空间离散频谱重建方法，对提高分块平面系统成像质量有显著效果，实际图像的PSNR值和均方误差(MeanSquareError，MSE)值与传统SPIDER系统理想成像结果相当。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，包括若干个沿圆周径向均匀排列的一维干涉臂，全部所述一维干涉臂按顺序编号，每一个所述一维干涉臂包括从顶层至底层顺次分布的微透镜阵列、光子集成电路子系统、平衡正交探测器阵列和信号处理子系统；每一个所述一维干涉臂上均设有2(2n+1)个等间距分布的微透镜位置，编号为偶数的一维干涉臂上只在序号为偶数的微透镜位置上设有微透镜，编号为奇数的一维干涉臂上只在序号为奇数的微透镜位置上设有微透镜，且单个所述一维干涉臂的填充因子为0.5；采取首尾相接的配对方式对单个所述一维干涉臂上的微透镜进行两两匹配，由于单个所述一维干涉臂上的透镜数为奇数，因此在基线匹配中存在独立透镜，该透镜接收的光直接通过光电二极管检测电流强度，检测到的电流强度对应着光谱的中心零频率幅值，其他微透镜两两匹配形成不同长度的干涉基线；来自目标场景的光经过各个所述透镜对耦合进入所述光子集成电路子系统，所述平衡正交探测器阵列检测所述光子集成电路子系统形成的干涉条纹的互相干可见度信息，所述互相干可见度信息包括幅值信息和相位信息；所述信号处理子系统根据所述互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，并对离散空间采样频谱进行重建，得到重建后的空间采样频谱，然后对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景图像。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提出一种密集方位采样分块式平面光电成像系统是一个基于光子集成电路的超薄计算成像系统，采用成像与计算相结合的方式，该系统的透镜阵列径向填充因子为0.5，方位采样光子集成电路的数量为传统的分块式平面光电成像系统的两倍，能够有效弱化理想图像伪影，提高理想图像成像质量；同时，本专利技术基于密集方位采样透镜阵列得到的离散空间采样频谱，提出一种离散空间采样频谱重建方式，能够减小空间采样点间距，缩短有效采样半径，可以实现在最大频谱范围内，包含零频率在内的所有基频的连续整数倍均匀采样，有效提高实际图像质量。本专利技术对后期设计分块式平面光电成像系统选择合适的PIC数量，具有一定的参考意义，结构设计与采样相结合的方法对提升系统成像质量具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的密集方位采样分块式平面光电成像系统的结构示意图；图2(a)为输入靶标；图2(b)为输入靶标经过传统SPIDER系统后的理想图像；图2(c)为输入靶标经过本专利技术的成像系统后的理想图像；图3(a)为传统SPIDER系统的空间频率覆盖图；图3(b)为本专利技术的成像系统的空间频率覆盖图；图3(c)为本专利技术重建后的空间频谱覆盖图；图3(d)为经过图3(a)所示的空间频率采样矩阵采样后，傅里叶逆变换后恢复的实际图像；图3(e)为经过图3(b)所示的空间频率采样矩阵采样后，傅里叶逆变换后恢复的实际图像；图3(f)为经过图3(c)所示的空间频率采样矩阵采样后，傅里叶逆变换后恢复的实际图像。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。本专利技术提供一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，该系统的结构如图1所示。密集方位采样分块式平面光电成像系统主要包括多个一维干涉臂，全部的一维干涉臂沿圆周径向均匀排列，每个干涉臂主要分为三层：顶层为微透镜整列、中间层为光子集成电路子系统和平衡正交探测器阵列、底层为信号处理子系统。传统的SPIDER系统微透镜阵列类似于车轮形状，干涉臂长度相等且为奇数个，单个干涉臂径向微透镜阵列的透镜数量为偶数且填充因子为1。本专利技术的密集方位采样系统的每一个一维干涉臂上均设有2(2n+1)个等间距分布的微透镜位置，其中n为正整数，为使系统不增加额外功耗，编号为偶数的一维干涉臂上只在序号为偶数的微透镜位置上设有微透镜，同样编号为奇数的一维干涉臂上只在序号为奇数的微透镜位置上设有微透镜，即每一个一维干涉臂上的微透镜的总数N均为奇数，并且每个一维干涉臂的填充因子为0.5，即单个一维干涉臂上任意相邻的两个微透镜中心点之间的距离等于单个微透镜的直径d的两倍。图1仅以密集方位采样分块式平面光电成像系统包括10个一维干涉臂，且每个一维干涉臂上设有22个微透镜位置为例，示出了本专利技术的成像系统结构，如图1所示，编号为0、2、4、6、8的一维干涉臂只在序号为2、4…22的微透镜位置上设有微透镜，而编号为1、3、5、7、9的一维干涉臂只在序号为1、2…21的微透镜位置上设有微透镜。此外，采取首尾相接的配对方式对单个一维干涉臂上的微透镜进行两两匹配，由于单个一维干涉臂上的透镜数为奇数，因此每一个一维干涉臂在基线匹配中存在独立透镜a，该透镜接收的光直接通过光电二极管检测电流强度，检测到的电流强度对应着光谱的中心零频率幅值。除独立透镜a外，其他透镜两两匹配形成透镜对，不同透镜对形成不同长度的干涉基线(类似于小型迈克尔逊干涉仪)，来自目标场景的光经多个分离的透镜对耦合进入光子集成电路子系统。仍参照图1，本专利技术中的光子集成电路子系统包括光波导、阵列波导光栅、相位延迟器和耦合器，来自目标场景的光经过透镜对耦合进各个透镜对各自对应的光波导中，经过光波导传输后依次经过阵列波导光栅、相位延迟器和耦合器后形成干涉条纹。平衡正交探测器阵列用于检测干涉条纹的互相干可见度信息并将互相干可见度信息传递至信号处理子系统，其中互相干可见度信息包括干涉条纹的幅值信息和相位信息。信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，其特征在于，包括若干个沿圆周径向均匀排列的一维干涉臂，全部所述一维干涉臂按顺序编号，每一个所述一维干涉臂包括从顶层至底层顺次分布的微透镜阵列、光子集成电路子系统、平衡正交探测器阵列和信号处理子系统；/n每一个所述一维干涉臂上均设有2(2n+1)个等间距分布的微透镜位置，编号为偶数的一维干涉臂上只在序号为偶数的微透镜位置上设有微透镜，编号为奇数的一维干涉臂上只在序号为奇数的微透镜位置上设有微透镜，且单个所述一维干涉臂的填充因子为0.5；/n采取首尾相接的配对方式对单个所述一维干涉臂上的微透镜进行两两匹配，由于单个所述一维干涉臂上的透镜数为奇数，因此在基线匹配中存在独立透镜，该透镜接收的光直接通过光电二极管检测电流强度，检测到的电流强度对应着光谱的中心零频率幅值，其他微透镜两两匹配形成不同长度的干涉基线；/n来自目标场景的光经过各个所述透镜对耦合进入所述光子集成电路子系统，所述平衡正交探测器阵列检测所述光子集成电路子系统形成的干涉条纹的互相干可见度信息，所述互相干可见度信息包括幅值信息和相位信息；/n所述信号处理子系统根据所述互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，并对离散空间采样频谱进行重建，得到重建后的空间采样频谱，然后对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景图像。/n...

【技术特征摘要】
1.一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，其特征在于，包括若干个沿圆周径向均匀排列的一维干涉臂，全部所述一维干涉臂按顺序编号，每一个所述一维干涉臂包括从顶层至底层顺次分布的微透镜阵列、光子集成电路子系统、平衡正交探测器阵列和信号处理子系统；
每一个所述一维干涉臂上均设有2(2n+1)个等间距分布的微透镜位置，编号为偶数的一维干涉臂上只在序号为偶数的微透镜位置上设有微透镜，编号为奇数的一维干涉臂上只在序号为奇数的微透镜位置上设有微透镜，且单个所述一维干涉臂的填充因子为0.5；
采取首尾相接的配对方式对单个所述一维干涉臂上的微透镜进行两两匹配，由于单个所述一维干涉臂上的透镜数为奇数，因此在基线匹配中存在独立透镜，该透镜接收的光直接通过光电二极管检测电流强度，检测到的电流强度对应着光谱的中心零频率幅值，其他微透镜两两匹配形成不同长度的干涉基线；
来自目标场景的光经过各个所述透镜对耦合进入所述光子集成电路子系统，所述平衡正交探测器阵列检测所述光子集成电路子系统形成的干涉条纹的互相干可见度信息，所述互相干可见度信息包括幅值信息和相位信息；
所述信号处理子系统根据所述互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，并对离散空间采样频谱进行重建，得到重建后的空间采样频谱，然后对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景图像。


2.根据权利要求1所述的一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，其特征在于，所述光子集成电路子系统包括光波导、阵列波导光栅、相位延迟器和耦合器；
来自目标场景的光经过所述透镜对耦合进各个所述透镜对各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春雨，胡荟灵，张玉鑫，冯钦评，刘帅，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22