一种景深调控的单臂关联成像系统方案技术方案

本发明专利技术涉及一种光束的传输和变换技术，公开了一种景深调控的单臂关联成像系统方案。由信号源输出线性偏振的高斯光束，在经过空间光调制器后被调制为空间随机信号，随后通过一个双凸透镜构成的4

A scheme of single arm correlation imaging system with depth of field control

【技术实现步骤摘要】
一种景深调控的单臂关联成像系统方案


[0001]本专利技术涉及光束的传输、变换以及关联计算的技术，具体涉及一种景深调控的单臂关联成像系统方案，可应用于条件受限的单臂鬼成像或运动物体成像。

技术介绍

[0002]关联成像(鬼成像)作为一种非局域成像技术，在1995年被首次提出，初步阶段的关联成像使用量子纠缠对作为光源，利用偏振分光器将其分为参考光路与测试光路，参考光路中的光子进行自由传输，而测试光路中的光子与待成像物体进行交互，最后通过计算两条光路的光子符合计数得到物体的图像。关联成像技术发展到如今，对于源的使用已经不局限于纠缠光子源，自2001年后许多研究已经证实经典热光源和赝热光源也可应用于关联成像，大大提高了关联成像技术的实际应用价值，2008年提出的计算鬼成像通过预置光场更是将参考光路省略，进一步简化了关联成像系统。这种只需要单像素探测器就能完成成像，颠覆传统成像认知的全新技术，为光学成像技术扩展了一个全新的领域。
[0003]虽然关联成像技术具有非局域成像，抗干扰性强等独特的优点，但是散焦问题是关联成像技术里不可忽视的部分，传统双臂关联成像中的散焦是由参考光路和测试光路不等长所导致的，解决方法通常是改变光路折射率或是使用调制光源，而在单臂关联成像系统中，由于参考光路的缺失，散焦问题就必须通过衍射计算提前获得传输相应长度的光场分布，即创造出一个“虚拟参考臂”，再与桶探测器数据进行关联运算最终获得图像，这就导致单臂关联成像虽然光路得到了简化，但是计算复杂度不减反增。
[0004]景深是指在固定像平面上成清晰像时对应的物方深度范围，也就是说在保证得到清晰像时物体能够在物方空间前后移动的最大距离，由于散焦效应的存在，直接导致了关联成像系统景深受限。
[0005]在以上研究背景下，我们提出一种景深调控的单臂关联成像系统方案，散焦的影响是由于两臂的失配所带来的，失配程度越大，成像效果越差，但在一定范围内仍能获得相对清晰的图像。本专利技术受能否利用散焦效应实现大景深关联成像启发，在不增加计算成本的前提下，通过利用一个双凸透镜构成的4
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f系统对单臂光路进行扩束选取合适的光斑尺寸，从而达到对成像物体的大景深成像。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种景深调控的单臂关联成像系统方案，原理简单，容易实现，具有实际应用价值。能够对远场物体进行大景深成像，实现结构简单，制造成本低。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种景深调控的单臂关联成像系统方案，括如下步骤：
[0008](1)确认成像物体与信号源之间的距离；
[0009](2)由信号源输出初始光束，在经过空间光调制器后被调制为空间随机信号；
[0010](3)光斑的扩束程度取决于4
‑
f系统中两透镜的焦距比，根据成像距离和物体尺寸选取合适的4
‑
f系统对光斑进行扩束，保证散斑尺寸与待成像物体尺寸匹配最后光束由一个无空间分辨能力的单像素桶探测器接收。
[0011]上述技术方案中，所述信号源是用来发射空间光束。
[0012]上述技术方案中，两个透镜是用来调整光斑尺寸与物体进行匹配。
[0013]上述技术方案中，所述空间光调制器是用来对信号源输出的初始光束进行调制并输出空间随机信号。
[0014]上述技术方案中，所述无空间分辨能力的单像素桶探测器用于接收经物体反射的光束，从而记录经由物体反射的光束总强度。
[0015]由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0016]1、通过简单的双透镜构成的4
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f系统对光束进行扩束处理，配置简单，易于实现。
[0017]2、整体装置结构简单，易于调整，制造成本低；
[0018]3、在实现单臂大景深成像情况下没有增加计算复杂度。
[0019]4、充分利用关联成像和桶探测器的特性，抗干扰能力强。
[0020]5、相较于传统的关联成像，成像景深被提高。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例提供的一种景深调控的单臂关联成像系统方案的结构示意图；
[0022]图中，1：信号源；2：空间光调制器；3：计算机；4a
‑
4b：凸透镜；5：桶探测器。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步描述。
[0024]参见附图1，本实施例提出的景深调控的单臂关联成像系统方案，包括信号源1、空间光调制器2、计算机3、凸透镜4a
‑
4b、桶探测器5。
[0025]上述各部分的功能分别说明如下：
[0026]信号源1，用于输出初始光束；
[0027]空间光调制器2，用于对信号源1输出的初始光束进行调制并输出空间随机信号；
[0028]计算机3，用于控制空间光调制器；
[0029]凸透镜4a
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4b，用于对光束进行扩束处理；
[0030]桶探测器5，用于接收经物体反射的光束，从而记录物体的强度分布信息。
[0031]利用上述装置设计的一种景深调控的单臂关联成像系统方案，具体操作步骤如下：
[0032]1.确认成像物体与信号源1之间的距离；
[0033]2.由信号源1输出初始光束，在经过空间光调制器2后被调制为空间随机信号；
[0034]3.4
‑
f系统中两透镜的焦距比决定了光斑的扩束程度，根据成像距离和物体尺寸选取合适的4
‑
f系统对光斑进行扩束，保证散斑尺寸与待成像物体尺寸匹配，最后光束由一个无空间分辨能力的单像素桶探测器接收。
[0035]上述凸透镜4a,4b的选取是本专利技术的核心，光斑的扩束程度取决于4
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f系统中两透
镜的焦距比，随着焦距比的扩大，光斑的尺寸随之增大，增大光斑的瑞利距离，而散焦效应对成像影响大的原因是散斑由于衍射变化的程度不同导致，瑞利距离的增大意味着能够有效减少散焦效应对成像的影响，使系统在一定范围程度内能够获得足够清晰的图像，从而实现通过调节4
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f系统中两个透镜的焦距比来实现关联成像的景深调控。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种景深调控的单臂关联成像系统方案，其特征在于如下步骤：(1)信号源输出的激光源在经过空间光调制器后获得空间随机信号，随后由两个凸透镜组成的4
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f系统进行扩束，通过改变透镜组焦距比能够获得不同放大程度的调制光斑。(2)两个透镜之间的距离等于两透镜的焦距和。(3)物光在通过物体之后由一个无空间分辨能力的单像素桶探测器接收。2.一种景深调控的单臂关联成像系统方案，包括信号源、空间光调制器、凸透镜、无空间分辨能力的单像素桶探测器、计算机，其特征在于：由信号源输出初始光束，在经过空间光调制器后被调制为空间随机信号，空间随机信号随后通过一个由双凸透镜组成的4
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f系统扩束调制后与由一个无空间分辨能...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭鸣达，傅喜泉，白艳锋，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：