【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及散射介质成像，尤其涉及一种用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置及其成像方法。
技术介绍
1、随着科学的发展，透过散射介质进行高质量的成像在生物医学、天文遥感、深海探测等领域都有着广泛的应用。散射介质广泛存在于自然界中，例如生物医学组织、火灾云雾、浑浊水体等，当光通过这些介质时，光子在透过介质内部传输时会发生强散射，所携带的强度和相位信息将被破坏，导致传统成像方法无法通过直接观测接收到目标信息。这给医疗诊断、火灾救援、航空深海探测等领域带来挑战。
2、近年来，已经提出了多种透过散射介质成像技术。例如使用空间光调制器（slm）对入射到散射介质中的光波进行波前相位调制的技术和基于光学记忆效应的散斑自相关技术等都受到广泛研究，这些技术也都逐渐被应用到实际探测中。
3、但上述技术都有着难以避免的缺点。波前调制技术目前通常需要使用空间光调制器（slm）等数字波前整形器件，光路结构复杂，并且需要反馈调制和校准，以至于难以满足观测的实时性要求。基于光学记忆效应的透过散射介质成像技术，需要计算目标的幅度谱和相位谱，计算量大，成像所需时间较长。而且由于探测环境复杂等问题，实际操作时要求高稳定性、高鲁棒性、高抗干扰能力以及高频快速的成像，单帧透过散射介质成像技术的稳定性和鲁棒性不能满足实际探测要求，因此一种高效、快速、稳定、抗干扰能力强的透过散射成像装置在实际光学探测中是十分必要的。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提出一种用于光学探测的多帧透过散射介质
2、本专利技术提供的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，包括：
3、空间非相干光源，用于发出空间非相干光照射成像目标，成像目标发出携带目标信息的光束；散射介质，用于使携带目标信息的光束发生散射形成散射光束，并从散射介质的后表面射出；光阑，用于控制散射光束的直径；ccd相机，用于采集多帧连续的散斑图像数据；与ccd相机相连接的计算机，计算机包括并行处理单元，用于运行多帧散斑成像算法，对多帧连续的散斑图像数据进行并行处理，实现实时透过散射介质成像。
4、优选地，在光阑与ccd相机之间还放置有窄带滤波片，用于对经过光阑控制的散射光束进行过滤，缩小进入ccd相机的散射光束的波长范围。
5、优选地，窄带滤波片为带宽低于10nm且直径大于ccd相机尺寸的滤波器。
6、优选地，并行处理单元运行多帧散斑成像算法，对多帧连续的散斑图像数据进行并行处理的过程为：
7、每一个运算单元对接收到的所有散斑图像数据进行累加，再除以多帧散斑图像的数量，获得背景项；
8、每帧散斑图像分别减去该背景项，获得图像细节，再经过离散傅里叶变换，获得成像目标自相关的一部分，并作为每个运算单元的输出结果；
9、对每个运算单元的输出结果进行叠加，获得成像目标完整的自相关；
10、对成像目标完整的自相关r依次进行傅里叶逆变换、去模值、开根号，获得成像目标的幅度谱；
11、使用相位恢复算法对成像目标的幅度谱进行计算，获得成像目标的相位谱；
12、利用成像目标的幅度谱和相位谱计算成像目标的复振幅信息，再对成像目标的复振幅信息进行傅里叶逆变换，得到重建的成像目标；其中，计算成像目标的复振幅信息的公式如下：
13、。
14、本专利技术提供的利用上述成像装置实现的成像方法，包括如下步骤：
15、s1：空间非相干光源发出空间非相干光照射成像目标，使携带目标信息的光束达到散射介质的前表面处；
16、s2：散射介质对携带目标信息的光束进行散射，形成散射光束，散射光束从散射介质的后表面射出；
17、s3：调节光阑的通光孔径，控制从散射介质的直径大小，调节ccd相机的进光量；
18、s4：控制ccd相机曝光，采集多帧连续的散斑图像数据，将多帧连续的散斑图像数据输入计算机；
19、s5：利用计算机的并行处理单元运行多帧散斑成像算法，对多帧连续的散斑图像数据进行并行处理，实现实时透过散射介质成像。
20、优选地，在步骤s3之后与步骤s4之前，还包括如下步骤：
21、利用窄带滤波片对经过光阑控制的散射光束进行过滤，缩小进入ccd相机的散射光束的波长范围。
22、优选地，并行处理单元运行多帧散斑成像算法，对多帧连续的散斑图像数据进行并行处理的过程为：
23、每一个运算单元对接收到的所有散斑图像数据进行累加，再除以多帧散斑图像的数量，获得背景项；
24、每帧散斑图像分别减去该背景项，获得图像细节，再经过离散傅里叶变换，获得成像目标自相关的一部分，并作为每个运算单元的输出结果；
25、对每个运算单元的输出结果进行叠加，获得成像目标完整的自相关；
26、对成像目标完整的自相关r依次进行傅里叶逆变换、去模值、开根号，获得成像目标的幅度谱；
27、使用相位恢复算法对成像目标的幅度谱进行计算，获得成像目标的相位谱；
28、利用成像目标的幅度谱和相位谱计算成像目标的复振幅信息，再对成像目标的复振幅信息进行傅里叶逆变换，得到重建的成像目标；其中，计算成像目标的复振幅信息的公式如下：
29、。
30、与现有技术相比，本专利技术能够取得如下技术效果：
31、1、在对多帧透过散射介质的成像目标进行成像时，利用并行处理数据的优势，搭建并行处理单元，实现散斑图像的采集和处理同时进行，从而减少运算时间，提高探测效率，实现实时透过散射介质成像。
32、2、采用连续多帧散斑图像处理技术，相比于传统单帧散斑成像技术，能够更好的克服复杂环境因素给采集图像带来的干扰，如某帧采集图像质量差，影响探测效果时，可使用其前后相邻帧代替其进行计算，使散斑成像技术具有更好的瞬时抗扰性和稳定性。
33、3、在散射介质与ccd相机之间放置的窄带滤波片，可以缩小进入ccd相机的散射光束的波长范围，配合光阑和曝光时间的调节，提高ccd相机接收散斑的相关性和对比度，同时也可以有效削弱环境杂光对散射介质成像的不利影响、降低对成像装置中空间非相干光的要求，使得整个成像装置具有更好的鲁棒性和抗干扰性。
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1.一种用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，包括：
2.如权利要求1所述的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，其特征在于，在所述光阑与所述CCD相机之间还放置有窄带滤波片，用于对经过所述光阑控制的散射光束进行过滤，缩小进入所述CCD相机的散射光束的波长范围。
3.如权利要求2所述的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，其特征在于，所述窄带滤波片为带宽低于10nm且直径大于所述CCD相机尺寸的滤波器。
4.如权利要求1所述的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，其特征在于，所述并行处理单元运行多帧散斑成像算法，对多帧连续的散斑图像数据进行并行处理的过程为：
5.一种利用如权利要求1~4中任一项所述的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置实现的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的成像方法，其特征在于，在步骤S3之后与步骤S4之前，还包括如下步骤：
7.如权利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述并行处理单元运行多帧散斑成像算法，对多帧连续的散斑图像数据进行并行处理的过程为：p>...
【技术特征摘要】
1.一种用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，包括：
2.如权利要求1所述的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，其特征在于，在所述光阑与所述ccd相机之间还放置有窄带滤波片，用于对经过所述光阑控制的散射光束进行过滤，缩小进入所述ccd相机的散射光束的波长范围。
3.如权利要求2所述的用于光学探测的多帧透过散射介质成像装置，其特征在于，所述窄带滤波片为带宽低于10nm且直径大于所述ccd相机尺寸的滤波器。
4.如权利要求1所述的用于光学探测的多帧透过散...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩宇婷，孙阳，沈宏海，储海荣，马天翔，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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