一种傅里叶叠层成像系统技术方案

本发明专利技术属于成像技术领域，具体涉及一种傅里叶叠层成像系统。本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统，包括照明子系统，用于对目标物进行照明，和成像子系统，用于在目标物的反射光路上采集目标物的图像，成像子系统可对目标物进行扫描拍摄以获取目标物的多张图像，其中，照明子系统包括用于发出照明光的光发射单元和沿着光发射单元的光路设置的光整形单元，光整形单元用于将光发射单元发出的照明光调制为发散光照射到目标物上。系统采用发散光进行主动照明，避免了照明范围受限于透镜口径的问题，同时对于绝大多数漫反射式主动成像场景仍满足夫琅禾费衍射条件，可通过傅里叶叠层技术实现超分辨成像。术实现超分辨成像。术实现超分辨成像。

【技术实现步骤摘要】
一种傅里叶叠层成像系统


[0001]本专利技术涉及成像
，具体涉及一种傅里叶叠层成像系统。

技术介绍

[0002]传统成像系统受限于衍射极限而无法实现超分辨成像。而增加镜头口径以提升成像分辨率的方案，则会导致系统体积重量急剧增加，传统技术难以为继。
[0003]傅里叶叠层成像技术利用相位提取与合成孔径，可以利用有限口径的成像设备实现远大于镜头物理口径的成像分辨率，实现超分辨成像。
[0004]而在反射式傅里叶叠层超分辨成像中，人们往往认为受限于夫琅禾费衍射条件，需使用会聚透镜使得照明光束在物面反射后聚焦在镜头扫描平面内。那么在远场成像中，所需会聚透镜口径就可能为照明区域直径的两倍，对会聚透镜的口径提出了严苛要求，同时照明区域受到了限制。
[0005]针对反射式傅里叶叠层超分辨成像中存在的上述问题，有一些传统的解决方法，其中，有的采用一定口径的透镜对照明光束在发射端进行整形，以实现光束的会聚照明效果，但这种方案的照明范围有限。有的采用了抵近照明的方案，使得会聚透镜的尺寸可以仅略大于照明区域而无需为照明区域的两倍大小，但这种方案虽然对透镜尺寸的要求略微降低，但仅限于实验室内的成像，并不适用于实用场景。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供一种傅里叶叠层成像系统，不用使用会聚透镜对照明光束进行整形，从而降低了对透镜口径的要求，能够解决现有系统体积过大的技术问题。
[0007]本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统，包括
[0008]照明子系统，用于对目标物进行照明，和
[0009]成像子系统，用于在目标物的反射光路上采集目标物的图像，成像子系统可对目标物进行扫描拍摄以获取目标物的多张图像，
[0010]其中，
[0011]照明子系统包括用于发出照明光的光发射单元和沿着光发射单元的光路设置的光整形单元，光整形单元用于将光发射单元发出的照明光调制为发散光照射到目标物上。
[0012]根据本申请前述实施方式，光发射单元发出的照明光为相干光；优选的，光发射单元为激光器。
[0013]根据本申请前述任一实施方式，光整形单元包括用于对光发射单元发出的照明光进行扩束整形的第一整形元件。
[0014]根据本申请前述任一实施方式，光整形单元包括还包括用于对经过第一整形元件整形的照明光进行再次扩束整形的第二整形元件。
[0015]根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为透镜、透镜组或者扩束器。
[0016]根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为透镜或者透镜组或者空间光滤波
器，第二整形元件为透镜或者透镜组。
[0017]根据本申请前述任一实施方式，第二整形元件与第一整形元件之间的距离可调。
[0018]根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为透镜或者透镜组。
[0019]根据本申请前述任一实施方式，第一整形元件为反射镜或者反射镜组，第二整形元件为反射镜或者反射镜组。
[0020]根据本申请前述任一实施方式，成像子系统包括用于拍摄目标物图像的相机，和
[0021]用于安装相机的安装台，安装台可带动相机在扫描平面内移动以采集不同视角的目标物的图像。
[0022]根据本申请前述任一实施方式，系统还包括控制器，用于获取相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像。
[0023]根据本申请前述任一实施方式，照明子系统和/或成像子系统距离目标物的距离大于1m。
[0024]本申请实施例的傅里叶叠层成像系统，采用发散光进行主动照明，避免了照明范围受限于透镜口径的问题，同时对于绝大多数漫反射式主动成像场景仍满足夫琅禾费衍射条件，可通过傅里叶叠层技术实现超分辨成像。
附图说明
[0025]图1是本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统的结构示意图。
[0026]图2a为原始图像，图2b是经过引导滤波和同态滤波降噪后的预处理图像；
[0027]图3a为原始图像序列，图3b是经过引导滤波和同态滤波降噪后的预处理图像序列；
[0028]图4a为直接利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图4b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果；
[0029]图5a为仅仅进行引导滤波后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图5b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果；
[0030]图6a是先经过同态滤波、后经过引导滤波后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果，图6b是先经过引导滤波、后经过同态滤波降噪后，利用傅里叶叠层成像方法迭代的结果。
具体实施方式
[0031]下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。
[0032]请参阅图1，本申请实施例提供的傅里叶叠层成像系统100，包括照明子系统1和成像子系统2；照明子系统1用于对目标物3进行照明，照明子系统1发出的照明光照射到目标物3后，经过目标物3反射，形成反射光路；成像子系统2用于在目标物3的反射光路上采集目标物3的图像，成像子系统2可对目标物3进行扫描拍摄以获取目标物3的多张图像；其中，照
明子系统1包括用于发出照明光的光发射单元11和沿着光发射单元11的光路设置的光整形单元12，光整形单元12用于将光发射单元11发出的照明光调制为发散光照射到目标物3上。
[0033]传统反射式傅里叶叠层成像系统的照明系统采用的是与透射式傅里叶叠层成像系统的照明系统相同的方案，即照明系统产生会聚光照射到目标物3。透射式傅里叶叠层成像系统受限于夫琅禾费衍射条件，需使用会聚透镜使得照明光束在物面反射后聚焦在镜头扫描平面内。在远场成像中，所需会聚透镜口径为照明区域直径的两倍，若需照明的区域直径为1米，所需的透镜2口径则至少为2米。与透射式傅里叶叠层成像系统类似，传统反射式傅里叶叠层成像系统对会聚透镜的口径提出严苛要求，同时照明区域受到了限制。若透镜的口径无法满足照明区域要求，则需将照明系统与成像系统分离，将其靠近目标物进行抵近照明，传统反射式傅里叶叠层成像系统对于远场成像而言应用场景十分有限。
[0034]本案专利技术人发现，在实际使用场景中，绝大多数的目标物3均为粗糙表面，照明光(例如激光)照射到目标物3表面上会发生漫反射。而对漫反射目标成像是无需像透射式傅里叶叠层成像系统一样使用会聚光照明的。对于有限孔径的成像镜头而言，当成像距离足够远时(大于10米)，小范围的照明角度改变(发散角或会聚角小于0.5rad)对进入镜头的光线无本质改变，仍能满足夫琅禾费衍射条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种傅里叶叠层成像系统，其特征在于：包括照明子系统，用于对目标物进行照明，和成像子系统，用于在目标物的反射光路上采集目标物的图像，所述成像子系统可对目标物进行扫描拍摄以获取目标物的多张图像，其中，照明子系统包括用于发出照明光的光发射单元和沿着光发射单元的光路设置的光整形单元，所述光整形单元用于将所述光发射单元发出的照明光调制为发散光照射到目标物上。2.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述光发射单元发出的照明光为相干光；优选的，所述光发射单元为激光器。3.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述光整形单元包括用于对所述光发射单元发出的照明光进行扩束整形的第一整形元件。4.根据权利要求3所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述光整形单元包括还包括用于对经过所述第一整形元件整形的照明光进行再次扩束整形的第二整形元件。5.根据权利要求3所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为透镜、透镜组或者扩束器。6.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为透镜或者透镜组或者空间光滤波器，所述第二整形元件为透镜或者透镜组。7.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第二整形元件与所述第一整形元件之间的距离可调。8.根据权利要求3所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为透镜或者透镜组。9.根据权利要求4所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述第一整形元件为反射镜或者反射镜组，所述第二整形元件为反射镜或者反射镜组。10.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述成像子系统包括用于拍摄目标物图像的相机，和用于安装所述相机的安装台，所述安装台可带动所述相机在扫描平面内移动以采集不同视角的目标物的图像。11.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：还包括控制器，用于获取所述相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像。12.根据权利要求1所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述照明子系统和/或所述成像子系统距离目标物的距离大于1m。13.根据权利要求11所述的傅里叶叠层成像系统，其特征在于：所述用于获取所述相机拍摄的多张图像，基于获取的多张图像，利用傅里叶叠层重建算法计算得出高分辨率的目标物图像，包括获取多张原始图像，
提取多张所述原始图像的ROI区域，得到多张预处理图像，任一选取多张所述预处理图像中的一张预处理图像作为基准图像，对其余预处理图像进行配准；将配准后的多张预处理图像分为多组，每组包括多张预处理图像，针对每组预处理图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，蒲明博，郭迎辉，卢语然，张其，商英杰，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：