一种频域鬼成像光谱检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种频域鬼成像光谱检测方法，采集待测目标在频域预编码结构光场中的光强信息，然后通过将采集到的光强信息与所述频域预编码结构光场作互相关运算以重建出待测目标频谱；所述频域预编码结构光场的生成方法如下：利用色散傅里叶变换对光脉冲进行时域拉伸，然后用预设的伪随机编码对时域拉伸后的光脉冲进行时域上的强度调制。本发明专利技术还公开了一种频域鬼成像光谱检测装置。相比现有技术，本发明专利技术通过色散拉伸结合强度调制的方式，以低成本手段实现对频域光场的伪随机编码，无需使用可编程光滤波器，从而在频域鬼成像无需高成本探测器的基础上，进一步降低系统的调制成本，实现对频谱目标的高分辨低成本探测。实现对频谱目标的高分辨低成本探测。实现对频谱目标的高分辨低成本探测。

【技术实现步骤摘要】
一种频域鬼成像光谱检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种光谱检测方法，尤其涉及一种频域鬼成像光谱检测方法。

技术介绍

[0002]鬼成像技术是一种通过光场强度的关联测量非局域地获得物体目标的新型成像手段。通过对区别于有无经过目标的两束光路得到的光场分布和积分结果进行互相关计算，可以以超出系统带宽限制的频率传输信号，具有可成像波段范围广，能抵抗恶劣环境干扰，实现超高分辨成像等优点。由于时空频之间的对偶关系，近年来鬼成像逐渐扩展到时频域，能够在单臂架构中，通过预设对应域的结构光场编码，经过探测目标之后，利用单个慢速探测器的积分测量结果与编码光场之间的互相关计算实现对应域目标信号恢复，为实现时频域目标的低成本高分辨探测成像提供了全新、可行的解决方案。
[0003]频域鬼成像通过对光场频谱强度进行关联测量实现目标频谱信息的获取。其中，对光场的频谱强度分布进行高分辨的编码是实现频域鬼成像光谱检测的关键。目前已提出的频域鬼成像编码方案包括：(1)利用超连续谱光源自身的光谱随机强度波动作为编码信息；(2)通过可编程光滤波器对宽谱光源进行频谱强度的伪随机调制编码。然而，前者的编码信息未知，需要设立单独的参考臂，通过高速探测同步获取对应频谱的强度波动，再与积分得到的强度作互相关运算实现目标频谱的检测；而后者受限于可编程光滤波器的分辨率和调制速度，不仅难以实现快速、高精度的频谱强度编码，也难以降低系统检测成本，限制了频域鬼成像光谱检测方案的发展与应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种频域鬼成像光谱检测方法，采用色散拉伸傅里叶变换技术以低成本的方式实现频域鬼成像中光场频谱强度的伪随机编码，从而实现对频域目标的低成本高分辨率探测。
[0005]本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006]一种频域鬼成像光谱检测方法，采集待测目标在频域预编码结构光场中的光强信息，然后通过将采集到的光强信息与所述频域预编码结构光场作互相关运算以重建出待测目标频谱；所述频域预编码结构光场的生成方法如下：利用色散傅里叶变换对光脉冲进行时域拉伸，然后用预设的伪随机编码对时域拉伸后的光脉冲进行强度调制。
[0007]优选地，通过大色散啁啾光纤光栅实现所述时域拉伸。
[0008]优选地，使用马赫曾德尔调制器实现所述强度调制。
[0009]优选地，使用锁模激光器生成所述光脉冲。
[0010]优选地，时域拉伸后的相邻光脉冲之间互不重叠。
[0011]基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
[0012]一种频域鬼成像光谱检测装置，包括：用于生成频域预编码结构光场的结构光生成模块，用于采集待测目标在所述频域预编码结构光场中的光强信息的光强采集模块，用
于通过将采集到的光强信息与所述频域预编码结构光场作互相关运算以重建出待测目标频谱的互相关运算模块；所述结构光生成模块包括：
[0013]色散拉伸模块，用于利用色散傅里叶变换对光脉冲进行时域拉伸；
[0014]强度调制器，用于用预设的伪随机编码对时域拉伸后的光脉冲进行强度调制。
[0015]优选地，所述色散拉伸模块为大色散啁啾光纤光栅。
[0016]优选地，所述强度调制器为马赫曾德尔调制器。
[0017]优选地，使用锁模激光器生成所述光脉冲。
[0018]优选地，时域拉伸后的相邻光脉冲之间互不重叠。
[0019]相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
[0020]本专利技术通过色散拉伸结合强度调制的方式，以低成本手段实现对光场频谱强度的伪随机编码，无需使用可编程光滤波器，从而在频域鬼成像无需高成本探测器的基础上，进一步降低系统的调制成本，实现对频谱目标的高分辨低成本探测。
附图说明
[0021]图1是本专利技术频域鬼成像光谱检测装置的一种具体结构示意图；
[0022]图2为光脉冲经过色散拉伸模块前后的时间波形以及脉冲频谱波形对比；
[0023]图3为强度调制后得到的对应编码变化的频谱形状示意图；
[0024]图4为基于Hadamard矩阵的伪随机编码波形，其中的(a)表示64*64的Hadamard矩阵形式，(b)为Hadamard矩阵做自相关的结果，表示为H
T
H，其中上标T表示转置。
具体实施方式
[0025]现有的频域鬼成像光谱检测架构通过可编程光滤波器实现对宽谱光源的强度调制，由于调制信息可控，作用到频谱目标上的光场分布I(λ)已知，因此通过积分探测器采集总光强的响应为：
[0026]S
i
＝∫I
i
(λ)T(λ)dλ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0027]式中I
i
(λ)为第i次采样的光场分布，T(λ)为目标对光场的调制系数。通过编码的不同模式所对应的N次采样后，重建的频谱目标可由二阶关联算法给出：
[0028][0029]将该方程表示为矩阵的形式，H代表编码矩阵，T代表目标的矢量形式，G代表重建目标。则可以得到二阶关联算法的矩阵表示形式
[0030][0031]然而现有的这种频域鬼成像光谱检测架构需要使用可编程光滤波器对光场频谱强度进行伪随机滤波调制，一方面导致系统成本过高，另一方面系统性能会受到可编程光滤波器的分辨率和模式切换速度限制。
[0032]为解决这一问题，本专利技术的思路是通过色散拉伸的方式利用色散傅里叶技术实现脉冲信号频谱到时域的映射，通过对时域波形强度的伪随机调制，实现对应频谱强度分布的伪随机编码，从而解决频域鬼成像中高精度频谱编码分辨率受限、调制速度受限的难题，
以低成本方式实现对频谱目标的高精度检测。
[0033]本专利技术的解决方案具体如下：
[0034]一种频域鬼成像光谱检测方法，采集待测目标在频域预编码结构光场中的光强信息，然后通过将采集到的光强信息与所述频域预编码结构光场作互相关运算以重建出待测目标频谱；所述频域预编码结构光场的生成方法如下：利用色散傅里叶变换对光脉冲进行时域拉伸，然后用预设的伪随机编码对时域拉伸后的光脉冲进行强度调制。
[0035]一种频域鬼成像光谱检测装置，包括：用于生成频域预编码结构光场的结构光生成模块，用于采集待测目标在所述频域预编码结构光场中的光强信息的光强采集模块，用于通过将采集到的光强信息与所述频域预编码结构光场作互相关运算以重建出待测目标频谱的互相关运算模块；所述结构光生成模块包括：
[0036]色散拉伸模块，用于利用色散傅里叶变换对光脉冲进行时域拉伸；
[0037]强度调制器，用于用预设的伪随机编码对时域拉伸后的光脉冲进行强度调制。
[0038]所述色散拉伸模块优选为色散光纤或大色散啁啾光纤光栅；此外，为实现脉冲光谱与时域映射波形一致，最好保证时域拉伸后的相邻光脉冲之间互不重叠。
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频域鬼成像光谱检测方法，采集待测目标在频域预编码结构光场中的光强信息，然后通过将采集到的光强信息与所述频域预编码结构光场作互相关运算以重建出待测目标频谱；其特征在于，所述频域预编码结构光场的生成方法如下：利用色散傅里叶变换对光脉冲进行时域拉伸，然后用预设的伪随机编码对时域拉伸后的光脉冲进行强度调制。2.如权利要求1所述频域鬼成像光谱检测方法，其特征在于，通过大色散啁啾光纤光栅实现所述时域拉伸。3.如权利要求1所述频域鬼成像光谱检测方法，其特征在于，使用马赫曾德尔调制器实现所述强度调制。4.如权利要求1所述频域鬼成像光谱检测方法，其特征在于，使用锁模激光器生成所述光脉冲。5.如权利要求1所述频域鬼成像光谱检测方法，其特征在于，时域拉伸后的相邻光脉冲之间互不重叠。6.一种频域鬼成像光谱检测装置，包括：用于生成频域预编码...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐震宙，赵家宁，潘时龙，邵琨麟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：