基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质技术方案

本发明专利技术提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质，该系统包括依次设置的He

【技术实现步骤摘要】
基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质


[0001]本专利技术涉及光学成像
，特别涉及一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质。

技术介绍

[0002]计算鬼成像技术是近年发展起来的一种新型的无透镜成像方式，主要利用两个同源光场之间的强度涨落关联来获取未知目标物体的图像信息。在计算鬼成像的过程中，首先将一束已准直扩束的平行光束垂直照亮可编程的空间光调制器，再将经空间光调制器调制后的光场用于照明待成像的目标物体；然后利用一个无空间分辨能力的桶探测器来接收经物体调制后的光场强度。计算鬼成像过程中的参考光场可通过衍射积分公式计算获得，最后将桶探测器收集到的光场强度与参考光场的强度分布进行关联运算，便可获得目标物体的图像信息。相比于传统透镜成像，计算鬼成像技术具有很强的抗干扰能力。因为该技术只需利用桶探测器来接收光能量便可完成鬼成像，并且无需使用透镜成像，可以实现多种复杂环境下未知目标物体的光学成像。由于其独特性质，计算鬼成像技术已经在水下成像、遥感成像、医疗成像、天文观测以及军事侦查等领域展现出巨大的应用价值，为解决传统成像技术难以在复杂环境下的成像问题提供了一种行之有效的新方法。
[0003]尽管计算鬼成像技术具有一系列的优势，但在实际应用方面，目前该技术还存在一些不足。例如，采样次数多，在计算鬼成像实验过程中实现一次鬼成像需要成千上万次的采样，这极大地降低了计算鬼成像技术的成像效率；又如，同步性要求高，桶探测器的探测频率必须与照明光源的刷新频率严格保持一致，这大幅度地提高了桶探测器的匹配性要求和仪器成本；再如，重构图像质量差，成像系统中的本底噪声难以消除，这严重影响了计算鬼成像技术在高清成像领域的应用。最近，研究人员提出了一种基于异步探测的计算鬼成像技术方案，可以有效地降低成像过程中的同步性要求和仪器成本，但又在一定程度上增加了成像所需的采样次数。
[0004]基于此，有必要提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统与方法，以解决现有技术中计算鬼成像技术中存在成像效率低、同步性要求高以及图像质量差的问题。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术的实施例提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质，用于解决上述技术问题。
[0006]本专利技术提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统，其中，所述系统包括在光路上依次设置的：
[0007]He
‑
Ne激光器、准直扩束镜、空间光调制器、待成像目标物体、时间积分桶探测器、差分器、计数器以及计算机，其中，所述空间光调制器与所述计数器之间用于放置所述待成像目标物体；
[0008]所述空间光调制器与所述时间积分桶探测器通过所述计数器相连接，所述空间光
调制器与所述差分器通过所述计算机相连接，所述时间积分桶探测器与所述计算机通过所述差分器相连接，所述计算机用于通过基于异步差分探测的计算鬼成像技术获取待成像目标物体的图像信息。
[0009]本专利技术还提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像方法，其中，应用如上所述的基于异步差分探测的计算鬼成像系统实现，所述方法包括如下步骤：
[0010]步骤一、利用准直扩束镜对He
‑
Ne激光束进行准直和扩束以产生均匀分布的平行光束：
[0011]通过控制He
‑
Ne激光器的支架，旋钮调节He
‑
Ne激光束的发射方向，使He
‑
Ne激光束保持水平发射，然后利用准直扩束镜对He
‑
Ne激光束进行准直与扩束调节，以产生均匀分布的平行光束；
[0012]步骤二、利用空间光调制器对平行光束进行调制以产生随机散斑光场：
[0013]利用计算机软件生成M幅尺寸为P
×
Q的随机散斑图形；其中，将随机散斑图形的尺寸与空间光调制器的有效调制尺寸设置为相同，用于保证随机散斑图形中的每一个像素都能得到有效调制；P
×
Q表示空间光调制器加载的随机散斑图形的像素尺寸，P表示随机散斑图形的像素宽度，Q表示随机散斑图形的像素高度；
[0014]将平行光束垂直入射到空间光调制器的液晶面板上，再利用计算机软件将M幅随机散斑图形按照第一预设频率F0依次加载到空间光调制器上，以产生一系列随机散斑光场m表示空间光调制器的加载次数，p∈[1，P]，q∈[1，Q]；
[0015]步骤三、利用时间积分桶探测器接收待成像目标物体经随机散斑光场照明后的光能量信息：
[0016]利用经空间光调制器调制后的随机散斑光场垂直照射待成像目标物体T(p，q)；
[0017]然后利用时间积分桶探测器按照预设探测频率F1接收经待成像目标物体调制后的光能量信息C
(n)
；
[0018]步骤四、利用差分器对光能量信息进行差分运算以获得差分信息：
[0019]利用差分器对时间积分桶探测器接收到的光能量信息进行差分运算，当空间光调制器上不加载随机散斑图形时，空间光调制器后的光场强度记为时间积分桶探测器接收的光能量信息记为C
(0)
，则第n次的差分信息记为：
[0020]D
(n)
＝C
(n)
‑
C
(n
‑
1)
，其中n＝1，2，...N
[0021]其中，D
(n)
表示差分器对时间积分桶探测器第n次探测到的信息进行差分得到的差分信息，N表示时间积分桶探测器的最大探测次数；
[0022]通过衍射积分公式计算得到鬼成像过程中第m次加载的参考光场强度分布
[0023]步骤五、通过差分关联运算得到待成像目标物体的鬼成像图像：
[0024]基于所述参考光场强度分布与差分信息进行关联计算以得到鬼成像图像。
[0025]所述基于异步差分探测的计算鬼成像方法，其中，在所述步骤二中，随机散斑图形的加载数量M为600幅，加载时对应的第一预设频率F0为1/60Hz，随机散斑图形的像素尺寸P
×
Q取值为200
×
200，空间光调制器的每个单元像素尺寸为12μm
×
12μm。
[0026]所述基于异步差分探测的计算鬼成像方法，其中，在所述步骤三中，将空间光调制器加载的随机散斑图形的第一预设频率F0与时间积分桶探测器的预设探测频率F1的比定义为异步倍率K，异步倍率K的计算公式表示为：
[0027]K＝F0/F1[0028]当空间光调制器加载随机散斑图形的幅数为M时，时间积分桶探测器的最大探测次数N表示为：
[0029]N＝M/K
[0030]其中，K的取值大于等于2。
[0031]所述基于异步差分探测的计算鬼成像方法，其中，时间积分桶探测器的预设探测频率F1的取值为1/20Hz，异步倍率K的取值为3，时间积分桶探测器的最大探测次数N为200次。
[0032]所述基于异步差分探测的计算鬼成像方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统，其特征在于，所述系统包括在光路上依次设置的：He
‑
Ne激光器、准直扩束镜、空间光调制器、待成像目标物体、时间积分桶探测器、差分器、计数器以及计算机，其中，所述空间光调制器与所述计数器之间用于放置所述待成像目标物体；所述空间光调制器与所述时间积分桶探测器通过所述计数器相连接，所述空间光调制器与所述差分器通过所述计算机相连接，所述时间积分桶探测器与所述计算机通过所述差分器相连接，所述计算机用于通过基于异步差分探测的计算鬼成像技术获取待成像目标物体的图像信息。2.一种基于异步差分探测的计算鬼成像方法，其特征在于，应用如上述权利要求1所述的基于异步差分探测的计算鬼成像系统实现，所述方法包括如下步骤：步骤一、利用准直扩束镜对He
‑
Ne激光束进行准直和扩束以产生均匀分布的平行光束：通过控制He
‑
Ne激光器的支架，旋钮调节He
‑
Ne激光束的发射方向，使He
‑
Ne激光束保持水平发射，然后利用准直扩束镜对He
‑
Ne激光束进行准直与扩束调节，以产生均匀分布的平行光束；步骤二、利用空间光调制器对平行光束进行调制以产生随机散斑光场：利用计算机软件生成M幅尺寸为P
×
Q的随机散斑图形；其中，将随机散斑图形的尺寸与空间光调制器的有效调制尺寸设置为相同，用于保证随机散斑图形中的每一个像素都能得到有效调制；P
×
Q表示空间光调制器加载的随机散斑图形的像素尺寸，P表示随机散斑图形的像素宽度，Q表示随机散斑图形的像素高度；将平行光束垂直入射到空间光调制器的液晶面板上，再利用计算机软件将M幅随机散斑图形按照第一预设频率F0依次加载到空间光调制器上，以产生一系列随机散斑光场m表示空间光调制器的加载次数，p∈[1，P]，q∈[1，Q]；步骤三、利用时间积分桶探测器接收待成像目标物体经随机散斑光场照明后的光能量信息：利用经空间光调制器调制后的随机散斑光场垂直照射待成像目标物体T(p，q)；然后利用时间积分桶探测器按照预设探测频率F1接收经待成像目标物体调制后的光能量信息C
(n)
；步骤四、利用差分器对光能量信息进行差分运算以获得差分信息：利用差分器对时间积分桶探测器接收到的光能量信息进行差分运算，当空间光调制器上不加载随机散斑图形时，空间光调制器后的光场强度记为时间积分桶探测器接收的光能量信息记为C
(0)
，则第n次的差分信息记为：D
(n)
＝C
(n)
‑
C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思雨，罗春伶，王沛霖，邵志龙，方宇谦，罗叔伶，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：