[發(fā)明專利]基于預(yù)置可調(diào)制光源的高速計(jì)算關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)及成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610288823.8
• 申請(qǐng)日: 2016-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN105807289B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳輝;樂明楠;徐卓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/89
• 分類號(hào): G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于量子關(guān)聯(lián)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于預(yù)置可調(diào)制光源的高速計(jì)算關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)及成像方法。

【背景技術(shù)】

關(guān)聯(lián)成像是一個(gè)興起于近十幾年的研究新課題。最早的關(guān)聯(lián)成像方案使用了糾纏雙光子作為光源并且具有非定域成像和突破瑞利衍射極限等奇特的特性，并因此得到人們的廣泛關(guān)注。人們?cè)谧罱难芯窟M(jìn)展中打破了糾纏光源的限制，使用到了更普遍存在以及更容易獲得的贗熱光源、熱光源來實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)成像，得到了與糾纏光源關(guān)聯(lián)成像的相似性質(zhì)并且引起了學(xué)術(shù)界的廣泛討論。

關(guān)聯(lián)成像包含了呈現(xiàn)物體的空間分布圖像，呈現(xiàn)物體的衍射干涉圖像和傅里葉變換圖像等。總而言之，關(guān)聯(lián)成像是通過光場(chǎng)的高階性質(zhì)(即強(qiáng)度漲落關(guān)聯(lián))來獲得物體信息，并且這種信息在關(guān)聯(lián)成像的系統(tǒng)裝置中是無法從低階的光場(chǎng)關(guān)聯(lián)中得到的。因?yàn)楣沓上窬哂锌雇牧鲾_動(dòng)能力和可無透鏡成像等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此其在對(duì)地觀測(cè)、保密通信、雷達(dá)成像、生命科學(xué)等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值。

最初實(shí)驗(yàn)中所有的關(guān)聯(lián)成像的裝置都需要使用兩路探測(cè)器來探測(cè)具有一定的關(guān)聯(lián)性的兩個(gè)光場(chǎng)，最終得到物體的像。美國(guó)麻省理工大學(xué)的沙皮羅(Shapiro)在2008年時(shí)給出了一種新的成像方案：僅使用一個(gè)點(diǎn)(單像素)探測(cè)器來完成成像。實(shí)驗(yàn)使用激光照射在空間光調(diào)制器(SLM)上產(chǎn)生隨機(jī)分布的光斑，代替贗熱光用激光照射旋轉(zhuǎn)毛玻璃產(chǎn)生散斑的方式，如圖1所示。所采用的空間光調(diào)制器，就是可以人為控制對(duì)于入射光的相位、強(qiáng)度等信息進(jìn)行調(diào)制的設(shè)備。已知的調(diào)制光強(qiáng)信息可以保存在計(jì)算機(jī)中，這種光源稱之為預(yù)置式主動(dòng)光源。以前方案中的光源的強(qiáng)度是未知的、被動(dòng)式光源，其光源強(qiáng)度也只能通過探測(cè)得到。在裝置中保留的一路是探測(cè)光路，即有物體以及桶探測(cè)器的一路，而原來的參考光路被取消。可以通過已知的對(duì)于激光的空間調(diào)制，利用衍射理論計(jì)算得到在適當(dāng)位置的光強(qiáng)的分布，而傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)成像是通過在相同位置的點(diǎn)陣探測(cè)器得到的。

計(jì)算關(guān)聯(lián)成像所面臨的最大問題在于光源的刷新率無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中所需的速度，在已有的計(jì)算鬼成像實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，產(chǎn)生隨機(jī)分布光斑的裝置是液晶電光調(diào)制的空間光調(diào)制器或者投影儀當(dāng)中微鏡面反射芯片(DMD)，兩者的刷新率最快僅能達(dá)到幾百赫茲，不足以滿足實(shí)際應(yīng)用中快速成像的需要。傳統(tǒng)的計(jì)算鬼成像所面臨的最大問題在于目前所用光源(SLM空間光調(diào)制器、DMD數(shù)字微鏡面裝置)的刷新率無法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中所需的速度，已有的計(jì)算鬼成像實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，產(chǎn)生隨機(jī)分布光斑的裝置是液晶電光調(diào)制的空間光調(diào)制器或者投影儀當(dāng)中微鏡面反射芯片(DMD)，兩者的刷新率最快僅能達(dá)到千赫茲量級(jí)，不足以滿足實(shí)際應(yīng)用中快速成像的需要，也嚴(yán)重影響了成像速度。主要原因如下：

1、傳統(tǒng)計(jì)算鬼成像中所采用的DMD芯片在實(shí)際應(yīng)用中在產(chǎn)生散斑場(chǎng)時(shí)的幀率較低，僅為50-60Hz，也就是一秒鐘產(chǎn)生50-60張散斑場(chǎng)分布圖樣。而在具體計(jì)算鬼成像的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，要獲得輪廓清晰的像至少需要千張量級(jí)的散斑分布圖樣才可能實(shí)現(xiàn)，成像時(shí)間過長(zhǎng)，而且成像的物體復(fù)雜程度也會(huì)使得所需散斑分布圖樣增加。

2、傳統(tǒng)計(jì)算鬼成像中采用的光調(diào)制設(shè)備空間光調(diào)制器(SLM)為液晶光閥，如圖2所示，其調(diào)制速度也僅有500Hz，也遠(yuǎn)達(dá)不到在實(shí)際應(yīng)用中快速成像的需求。

3、空間分辨能力探測(cè)器8(CCD)具有位置信息的探測(cè)器，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于預(yù)置可調(diào)制光源的高速關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)，本發(fā)明使用電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)對(duì)光進(jìn)行快速調(diào)制，產(chǎn)生散斑場(chǎng)，達(dá)到快速成像的目的。

本發(fā)明成像系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是：

包括：

光源；

用于將光源發(fā)出的光進(jìn)行隨機(jī)強(qiáng)度調(diào)制，形成在自由空間強(qiáng)度隨機(jī)漲落分布的光場(chǎng)的電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)；

用于探測(cè)電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)形成的光場(chǎng)經(jīng)目標(biāo)待測(cè)物體反射或透射后所得的總光強(qiáng)，并轉(zhuǎn)化為和總光強(qiáng)相關(guān)的電信號(hào)的單點(diǎn)光強(qiáng)探測(cè)器；

用于獲取電信號(hào)并進(jìn)行放大，得到總光強(qiáng)值強(qiáng)度漲落信息的數(shù)據(jù)采集模塊；

以及用于控制電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集模塊間的數(shù)據(jù)同步，之后進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算得到目標(biāo)待測(cè)物體圖像的數(shù)據(jù)同步與處理模塊。

進(jìn)一步地，光源采用激光器。

進(jìn)一步地，電光調(diào)制器陣列調(diào)制系統(tǒng)為N×N二維電光調(diào)制器陣列組成，其中N≥2；且電光調(diào)制器單元采用鈮酸鋰電光調(diào)制器、磷酸二氫鉀電光調(diào)制器、磷酸二氫銨電光調(diào)制器或者鉭酸鋰電光調(diào)制器。

進(jìn)一步地，目標(biāo)待測(cè)物體和單點(diǎn)光強(qiáng)探測(cè)器之間設(shè)置有透鏡。