一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置，方法包括：随机生成若干二值化数组并分别控制二值化空间调制器对入射波波面进行空间调制，在衍射波强度采集区域内获取与所述若干二值化数组对应的若干衍射波强度；构建评价模型，根据所述若干衍射波强度、所选择的待聚焦位置以及若干二值化数组，对所述评价模型进行训练；构建策略模型，采用训练完备的评价模型对所述策略模型进行训练；采用训练完备的策略模型获取最优数组，对最优数组进行二值化并设置各个二值化空间调制器的调制状态，以实现在待聚焦位置的聚焦。本发明专利技术具备实现方式简单、模型构建方法可扩展性强、计算时间短，受噪声影响较小等优点。受噪声影响较小等优点。受噪声影响较小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置


[0001]本专利技术涉及计算成像
，具体涉及一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置。

技术介绍

[0002]利用空间调制的方式将空间中传播的波面分为多个独立单元，对每个单元施加振幅或者相位调制，可以调控后续波面的衍射传播，进而实现在指定位置的聚焦。相比连续相位或者连续振幅调制，二值化调制更容易实现，且调制速度更快。例如对于极紫外光或者X射线都难以进行连续相位调制，但可以通过控制空间中不同位置的“透过”与“不透过”来实现二值化调制，典型的例子是波带片。在可见光波段，基于数字微镜器件的二值化空间调制器可以达到数万赫兹的调制频率，远高于目前基于液晶的连续相位或者连续振幅空间光调制器。
[0003]当波面具有未知的振幅及相位空间分布，或者传播过程中经历散射等非自由传播的过程时，则需要结合波前校正技术来实现聚焦。例如在光学领域，基于逐点尝试或者遗传算法的二值化波前校正技术可以利用数字微镜器件实现光透过散射体的聚焦，但无法灵活改变聚焦位置；如果需要改变聚焦位置则需要重新进行整个波前校正过程。基于传输矩阵测量的二值化波前校正技术在多次测量获得散射传输特性矩阵后可以实现在多个位置的聚焦，但存在计算耗时较长、易受噪声影响等缺点。本专利技术可以有效实现基于二值化空间调制的聚焦，且实现方式简单、模型构建方法可扩展性强、计算时间短，受噪声影响较小。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法及装置，具备实现方式简单、模型构建方法可扩展性强、计算时间短，受噪声影响较小等优点。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术采取了以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种衍射聚焦方法，包括如下步骤：
[0007]随机生成若干二值化数组并配置二值化空间调制器的调制状态，对入射波波面进行空间调制并获取若干衍射波强度,其中各衍射波强度均在预设的衍射波强度采集范围内获取；
[0008]构建评价模型，根据选择的待聚焦位置、所述随机二值化数组以及对应的衍射波强度，对所述评价模型进行训练；其中，所述评价模型用于反映二值化数组与衍射波强度中待聚焦位置的衍射波强度的映射关系；
[0009]构建策略模型，采用训练完备的评价模型对所述策略模型进行训练，其中，策略模型用于产生一个最优数组，所述最优数组作为所述评价模型的输入时可以使评价模型的输出最大化；
[0010]对所述最优数组进行二值化并配置二值化空间调制器的调制状态，以实现在待聚焦位置的聚焦。
[0011]在其中一些实施例中，所述随机生成若干二值化数组并配置二值化空间调制器的调制状态，对入射波波面进行空间调制并获取若干衍射波强度，包括：
[0012]步骤一、随机生成二值化数组；
[0013]步骤二、根据所述二值化数组改变二值化空间调制器的调制状态；
[0014]步骤三、获取传感器采集的空间调制器之后有效衍射区域内、与所述调制状态对应的入射波波面的衍射波强度；
[0015]步骤四、重复步骤一至步骤三，得到若干个衍射波强度以及与所述衍射波强度对应的二值化数组。
[0016]在其中一些实施例中，所述构建评价模型，根据选择的待聚焦位置、所述随机二值化数组以及对应的衍射波强度，对所述评价模型进行训练，包括：
[0017]选择待聚焦位置，分别获取每一个衍射波强度中待聚焦位置的衍射波强度，以得到若干个训练对，所述训练对为二值化数组与待聚焦位置衍射波强度；
[0018]采用若干个训练对对构建的评价模型进行训练，其中，所述评价模型的输入为二值化数组，所述评价模型的输出为衍射波强度中待聚焦位置的衍射波强度。
[0019]在其中一些实施例中，所述构建策略模型，采用训练完备的评价模型对所述策略模型进行训练，包括：
[0020]构建策略模型，并随机生成一个输入数组；
[0021]以所述输入数组作为策略模型的输入，以所述策略模型的输出作为评价模型的输入，以所述评价模型的输出结果最大化作为训练目标，根据所述评价模型的输出更新所述策略模型，直至策略模型输出一个最优数组，所述最优数组作为所述评价模型的输入时可以使评价模型的输出最大化。
[0022]在其中一些实施例中，所述对所述最优数组进行二值化并配置二值化空间调制器的调制状态，以实现在待聚焦位置的聚焦，包括：
[0023]获取最优数组，并将所述最优数组进行二值化处理，根据二值化处理后的最优数组配置二值化空间调制器的调制状态，以实现待聚焦位置的聚焦。
[0024]在其中一些实施例中，所述评价模型和所述策略模型为机器学习模型，所述机器学习模型包括但不限于神经网络模型。
[0025]在其中一些实施例中，当所述选择的待聚焦位置变化时，重新进行评价模型的训练、策略模型的训练、模型输出最优数组的二值化以及二值化空间调制器的配置，即可。
[0026]第二方面，本专利技术还提供一种基于二值化空间调制的衍射聚焦装置，包括：
[0027]波的产生源，二值化空间调制器、波的强度探测装置，以及执行如上所述的基于二值化空间调制的衍射聚焦方法所需要的计算及存储设备，其中，计算及存储设备执行数组的生成以及模型的构建及训练，并读取强度探测装置的强度以及控制二值化空间调制设备的调制状态，所述波的产生源用于产生入射波。
[0028]与现有技术相比，本专利技术提供的衍射聚焦方法以及装置，通过构建评价模型和策略模型，利用评价模型和策略模型可以对二值化空间调制器的调制状态进行优化，可以对难以进行连续相位或者振幅调制的波进行控制，进而完成在指定位置的有效聚焦，此外，随机衍射强度信号采集时不需要指定具体聚焦位置，因此改变不同的聚焦位置时，不需要重新进行随机衍射强度信号采集，节省了流程，而且实现方式简单，模型构建方法可扩展性
强，在空间调制单元数较多时仍具有较高的效率。
附图说明
[0029]图1是本专利技术提供的衍射聚焦方法的一实施例的流程图；
[0030]图2是实施例中的装置示意图；
[0031]图3是实施例中散射光在所选择聚焦位置的聚焦效果图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]本专利技术所涉及的基于二值化空间调制的衍射聚焦方法及装置可用于光学散射聚焦系统中。在光学散射聚焦系统中，由于散射体对入射光进行了复杂且未知的振幅以及相位调制。出射光波经衍射后变为散斑的形式，无法形成有效聚焦。因此，需要把入射光在空间上划分为独立单元，保留能在所选择的聚焦位置上发生相长干涉的单元，去除发生相消干涉的单元，这种单元划分以及是否保留的选择可以由空间光调制器实现,结合本专利技术的方法可以对每个单元的保留状态进行优化，以实现在所选择聚焦位置的聚焦。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置，其特征在于，包括如下步骤：随机生成若干二值化数组并配置二值化空间调制器的调制状态，对入射波波面进行空间调制并获取若干衍射波强度,其中各衍射波强度均在预设的衍射波强度采集范围内获取；构建评价模型，根据选择的待聚焦位置、所述随机二值化数组以及对应的衍射波强度，对所述评价模型进行训练；其中，所述评价模型用于反映二值化数组与衍射波强度中待聚焦位置的衍射波强度的映射关系；构建策略模型，采用训练完备的评价模型对所述策略模型进行训练，其中，策略模型用于产生一个最优数组，所述最优数组作为所述评价模型的输入时可以使评价模型的输出最大化；对所述最优数组进行二值化并配置二值化空间调制器的调制状态，以实现在待聚焦位置的聚焦。2.根据权利要求1所述的基于二值化空间调制的衍射聚焦方法，其特征在于，所述随机生成若干二值化数组并配置二值化空间调制器的调制状态，对入射波波面进行空间调制并获取若干衍射波强度，包括：步骤一、随机生成二值化数组；步骤二、根据所述二值化数组改变二值化空间调制器的调制状态；步骤三、获取传感器采集的位于所述二值化空间调制器之后有效区域内、与所述调制状态对应的入射波波面的衍射波强度；步骤四、重复步骤一至步骤三，得到若干个衍射波强度以及与所述衍射波强度对应的二值化数组。3.根据权利要求2所述的基于二值化空间调制的衍射聚焦方法，其特征在于，所述构建评价模型，根据选择的待聚焦位置、所述随机二值化数组以及对应的衍射波强度，对所述评价模型进行训练，包括：选择待聚焦位置，分别获取每一个衍射波强度中待聚焦位置的衍射波强度，以得到若干个训练对，所述训练对为二值化数组与待聚焦位置的衍射波强度；采用若干个训练对对构建的评价模型进行训练，其中，所述评价模型的输入为二值化数组，所述评价模型的输出为衍射波强...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，胡建波，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：