[發(fā)明專利]一種高信噪比快速強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510050476.0
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104714258A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明飛;張安寧
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01V8/00
• 分類號: G01V8/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像、量子成像技術(shù)，特別是一種高信噪比快速強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)(亦稱“鬼”成像或量子成像)是一種基于熱光場或量子光場的二階關(guān)聯(lián)特性，對物體信息在非定域上進(jìn)行重建的一種技術(shù)。隨技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)，強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像方案中不再需要參考探測器對光場進(jìn)行瞬時(shí)強(qiáng)度測量，但是對光源要求高且光源調(diào)控需滿足高速、有效和穩(wěn)定。隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝和技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種空間光調(diào)制器件(spatial?light?modulator,SLM)，特別是以德州儀器為代表生產(chǎn)的數(shù)字微鏡陣列器件(digital?micro-mirror?device,DMD)，DMD器件的出現(xiàn)極大提高了強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景。

另外，強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)的信噪比較低，成像速度無法達(dá)到實(shí)時(shí)成像，當(dāng)前的關(guān)聯(lián)成像中光源調(diào)制編碼主要采用高斯隨機(jī)矩陣或者滿足伯努利隨機(jī)矩陣，算法采用壓縮感知(compressive?sensing，CS)方案或者關(guān)聯(lián)算法。CS算法成像速度不僅取決于光源調(diào)制速度即DMD運(yùn)轉(zhuǎn)速度，還取決于算法解算的計(jì)算時(shí)間，關(guān)聯(lián)算法重建圖像信噪比低，要求采樣次數(shù)高。雖然CS算法可以利用相同數(shù)據(jù)獲得更高信噪比的圖像，但是CS算法是非線性算法，不能實(shí)時(shí)解算和并行。因此，基于壓縮感知方案的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像(或單像素圖像傳感器)技術(shù)目前還不能達(dá)到實(shí)用水平。而傳統(tǒng)的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)中記錄光場對相機(jī)幀率和數(shù)據(jù)傳輸速率要求極高，現(xiàn)有器件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，成為關(guān)聯(lián)成像技術(shù)實(shí)用化的瓶頸。因此需要一種既保證成像質(zhì)量又保證成像速度的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)成像質(zhì)量和成像速度上的不足，提供了一種高信噪比快速強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種高信噪比快速強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像方法，包括以下步驟：

(1)選取P行Q列的數(shù)字微鏡陣列器件用于調(diào)制光源光場，然后根據(jù)數(shù)字微鏡陣列器件上P行Q列的微鏡陣列構(gòu)建M行M列的Hadamard矩陣；

(2)依次讀取Hadamard矩陣的每一行或每一列并歸一化后得到M個(gè)向量A_i，然后讀取A_i第1至第P個(gè)元素作為調(diào)制信號矩陣H_i的第一行，第P+1至第2P個(gè)元素作為調(diào)制信號矩陣H_i的第二行，以此類推，第(Q-1)^*P至P^*Q個(gè)元素作為調(diào)制信號矩陣H_i的第Q行，遍歷M個(gè)向量A_i后得到調(diào)制信號矩陣H_i，i＝1，2，3，，M，其中，M＝P^*Q為光源光場的像素總數(shù)；

(3)產(chǎn)生同步時(shí)鐘并送至第一數(shù)據(jù)采集卡和第二數(shù)據(jù)采集卡，然后按照同步時(shí)鐘依次將調(diào)制信號矩陣H_i送至數(shù)字微鏡陣列器件；

(4)加載調(diào)制信號矩陣H_i至數(shù)字微鏡陣列器件后控制微鏡矩陣翻轉(zhuǎn)從而調(diào)制光源光場，將調(diào)制的光源光場信號由光學(xué)鏡頭投射至第一桶探測器后產(chǎn)生電信號R_i，根據(jù)同步時(shí)鐘使用第一數(shù)據(jù)采集卡采集電信號R_i，并將采集得到的電信號R_i轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后送至處理器；

(5)將調(diào)制的光源光場信號通過光學(xué)鏡頭輸出至目標(biāo)物體后發(fā)生反射或透射，用第二桶探測器采集反射或透射的光后，根據(jù)同步時(shí)鐘使用第二數(shù)據(jù)采集卡采集電信號B_i轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后送至處理器；

(6)使用處理器計(jì)算得到M次測量對應(yīng)輸出圖像矩陣GI^(M)＝Σ^M_i＝1(B_i/R_i)*H_i-Σ^M_i＝1(B_i/R_i)*Σ^M_i＝1H_i，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的圖像歸一化處理后得到強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像結(jié)果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明方法能夠克服惡劣天氣成像，成像方案魯棒性強(qiáng)；

(2)本發(fā)明方法相比傳統(tǒng)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)成像技術(shù)方法，信噪比高、圖像質(zhì)量好；

(3)本發(fā)明方法采用歸一化數(shù)據(jù)采集處理方法，能夠?qū)崿F(xiàn)秒量級的準(zhǔn)實(shí)時(shí)成像，成像速度快，可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

附圖說明