基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统及方法，该系统包括：光源、第一模块、第二模块和第三模块；其中，第一模块用于调制光源发出的光线，并产生线偏振光，第二模块用于对经散射介质产生的散斑图像进行调制，第三模块用于接收调制后的散斑图像并成像，该系统利用偏振共模抑制特性实现宽谱光源照明下的透过随机散射介质成像，有效去除光源谱宽所带来的背景噪声影响，能够大幅提高重建图像的信噪比、对比度和结构相似度。此外，上述基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统能够利用白光LED或者自然光等造价低且易获得的宽谱照明光源实现透过散射介质成像，提高了散射成像技术的普适性，具有重要的应用价值和前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统及方法


[0001]本专利技术属于散射介质成像
，具体涉及一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统及方法。

技术介绍

[0002]在散射介质成像技术中，由于随机散射介质对光波的强散射作用，入射光波从散射介质表面出射时改变了原有入射光场的空间相对关系，出射光场因而变得紊乱并且随机，导致目标信息被淹没于混乱的背景噪声中，无法直接对目标进行观测。
[0003]目前，相关技术主要是通过散射介质的散射特性或散斑场的随机统计特性从散斑光场中恢复出目标信息。然而，利用散射介质的散射特性进行目标信息恢复时，传输矩阵的测量会受到光波相干性的限制，而最终的成像为传输矩阵与目标信息的卷积。因此，在传输矩阵测量不够精确的情况下，恢复出的目标信息的信噪比也会降低，进而使成像质量降低。此外，利用散斑场的随机统计特性提取目标信息时，由于系统点扩散函数(point spread function，PSF)的相似性假设条件苛刻，导致无法实现透过随机散射介质的宽谱成像。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，包括：光源、第一模块、第二模块和第三模块；其中，
[0006]所述第一模块位于所述光源的一侧，用于调制所述光源发出的光线，并产生线偏振光，所述第一模块包括光阑、准直透镜和第一偏振调制器；
[0007]所述第二模块位于所述第一模块远离所述光源的一侧，用于对经所述散射介质产生的散斑图像进行调制，所述第二模块包括成像目标、散射介质和第二偏振调制器；
[0008]所述第三模块位于所述第二模块远离所述第一模块的一侧，用于接收调制后的散斑图像并成像，所述散斑图像包含所述成像目标的信息，所述第三模块包括探测器和计算单元。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述光源的谱段为可见光。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述第一偏振调制器位于所述光阑远离所述光源的一侧，所述准直透镜位于所述光阑与所述第一偏振调制器之间；
[0011]其中，所述光源、所述光阑及所述准直透镜均位于同一光轴。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述成像目标位于所述第一模块远离所述光源的一侧，所述散射介质位于所述成像目标远离所述第一模块的一侧，所述第二偏振调制器位于所述散射介质与所述第三模块之间。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述探测器位于所述第二模块与所述计算单元之间。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述散射介质为毛玻璃。
[0015]第二方面，本专利技术还提供一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像方法，应用于上述第一方面任一所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统中的计算单元，包括：
[0016]按照预设的间隔角度，采集所述第二偏振调制器在不同偏振方位角调制下的散斑图像；
[0017]确定每幅所述散斑图像的自相关函数；
[0018]根据所述散斑图像的自相关函数和自相关函数的峰值相关能量评价指标，确定最大自相关峰值对应的第一散斑图像、以及最小自相关峰值对应的第二散斑图像，并计算得到散斑偏振差分图像；
[0019]根据所述散斑偏振差分图像，确定成像目标的信息的自相关函数；
[0020]根据维纳辛钦定理及成像目标的信息的自相关函数，得到成像目标的傅里叶幅值，并通过相位恢复得到成像的图像。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，所述按照预设的间隔角度，采集所述第二偏振调制器在不同光轴角度下选通得到的散斑图像的步骤，包括：
[0022]获取第一偏振调制器的偏振方位角，并将所述第二偏振调制器的偏振起始角度调整为所述第一偏振调制器的方位角；
[0023]从所述偏振起始角度开始，按照预设的间隔角度采集得到所述第二偏振调制器在不同偏振方位角调制下的散斑图像；
[0024]其中，所述预设的间隔角度为5
°
。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，按照如公式确定每幅所述散斑图像的自相关函数：
[0026][0027]其中，I表示散斑场强度，J1表示一阶贝塞尔函数，D表示散斑直径，表示散斑中不同位置散斑中心之间的距离，Δx表示散斑中不同位置与散斑中心的横坐标之差，Δy表示散斑中不同位置与散斑中心的纵坐标值差，λ表示光波波长，z表示光场传输距离，Γ
I
表示散斑场的自相关函数。
[0028]在本专利技术的一个实施例中，按照如下公式确定成像目标的信息的自相关函数：
[0029][0030]其中，
☆
表示自相关操作，O表示成像目标的光场，δ表示冲激函数，α
i
表示第i个窄谱子光源的叠加系数，α
j
表示第j个窄谱子光源的叠加系数，λ
i
表示第i个窄谱子光源，Δλ
i
表示第i个窄谱子光源的谱宽。
[0031]本专利技术的有益效果在于：
[0032]本专利技术提供一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，包括：光源、第一模块、第二模块和第三模块；其中，第一模块用于调制光源发出的光线，并产生线偏振光，第二模块用于对经散射介质产生的散斑图像进行调制，第三模块用于接收调制后的散斑图像并
成像，该系统利用偏振共模抑制特性实现宽谱光源照明下的透过随机散射介质成像，有效去除光源谱宽所带来的背景噪声影响，能够大幅提高重建图像的信噪比、对比度和结构相似度。
[0033]此外，上述基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统能够利用白光LED或者自然光等造价低且易获得的宽谱照明光源实现透过散射介质成像，提高了散射成像技术的普适性，具有重要的应用价值和前景。
[0034]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例提供的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统的一种结构示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例提供的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像方法的一种流程示意图；
[0037]图3是本专利技术实施例提供的散斑偏振差分图像的实例图；
[0038]图4是本专利技术实施例提供的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像结果的实例图；
[0039]图5是本专利技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0040]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0041]请参见图1，本专利技术实施例提供一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，包括：光源、第一模块、第二模块和第三模块；其中，
[0042]第一模块位于光源的一侧，用于调制光源发出的光线，并产生线偏振光，第一模块包括光阑、准直透镜和第一偏振调制器；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，其特征在于，包括：光源、第一模块、第二模块和第三模块；其中，所述第一模块位于所述光源的一侧，用于调制所述光源发出的光线，并产生线偏振光，所述第一模块包括光阑、准直透镜和第一偏振调制器；所述第二模块位于所述第一模块远离所述光源的一侧，用于对经所述散射介质产生的散斑图像进行调制，所述第二模块包括成像目标、散射介质和第二偏振调制器；所述第三模块位于所述第二模块远离所述第一模块的一侧，用于接收调制后的散斑图像并成像，所述散斑图像包含所述成像目标的信息，所述第三模块包括探测器和计算单元。2.根据权利要求1所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，其特征在于，所述光源的谱段为可见光。3.根据权利要求1所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，其特征在于，所述第一偏振调制器位于所述光阑远离所述光源的一侧，所述准直透镜位于所述光阑与所述第一偏振调制器之间；其中，所述光源、所述光阑及所述准直透镜均位于同一光轴。4.根据权利要求3所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，其特征在于，所述成像目标位于所述第一模块远离所述光源的一侧，所述散射介质位于所述成像目标远离所述第一模块的一侧，所述第二偏振调制器位于所述散射介质与所述第三模块之间。5.根据权利要求4所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，其特征在于，所述探测器位于所述第二模块与所述计算单元之间。6.根据权利要求1所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统，其特征在于，所述散射介质为毛玻璃。7.一种基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像方法，其特征在于，应用于如权利要求1
‑
6任一所述的基于散斑场偏振共模抑制性的散射成像系统中的计算单元，包括：按照预设的间隔角度，采集所述第二偏振调制器在不同偏振方位角调制下的散斑图像；确定每幅所述散斑图像的自相关函数；根据所述散斑图像的自相关函...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，段景博，孙雪莹，邵晓鹏，牛耕田，王毓植，高苗，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：