[發明專利]基于結構光照明和單像素成像的邊界提取方法和系統

有效

• 申請號: 201710907056.9
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107909591B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 袁勝;向東;姚建斌;宋增才;夏振偉
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/168
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

一種基于結構光照明和單像素成像的邊界提取方法和系統，該系統由依次排列的激光器、第一凸透鏡和第一分束鏡構成，在第一分束鏡后面設置有兩個反射鏡，兩個反射鏡分別對應一個空間光調制器，兩個空間光調制器出來的光匯聚于第二分束鏡，第二分束鏡的后面依次設置第二凸透鏡和單像素探測器，物體或圖像放置在第二分束鏡與第二凸透鏡之間，其中單像素探測器和空間光調制器分別與微處理器連接，通過微處理器對空間光調制器進行控制,單像素探測器探測的光強輸入到微處理器。本發明的有益效果在于：利用光學成像系統進行邊界提取，能夠在對被測物體或者圖像進行光學探測時直接提取物體或者圖像的邊界或紋理信息，將為后續對被測物體或者圖像進行特征提取和目標識別帶來方便。

技術領域

本發明公開了一種基于結構光照明和單像素成像的邊界提取方法和系統，屬于光學信息處理領域。

背景技術

單像素成像作為一種新型的成像方式，因其新穎的物理內涵，獨特的成像能力，潛在的廣泛應用，逐漸獲得了越來越多的關注。作為單像素成像的典型代表，關聯成像近年來也取得了長足的發展。在傳統的贗熱光關聯成像中，一束光與目標(或樣本)作用后被一個無空間分辨能力的單像素(或“桶”)探測器接收，作為信號路；另一束光，不與目標相互作用，直接被掃描針孔探測器或高分辨率陣列探測器接收，作為參考路。單像素成像技術的奇妙之處在于單獨其中任何一條光路均無法恢復出目標圖像：信號光路與目標發生作用，可是其探測器卻沒有空間分辨能力；參考光路探測器具有空間分辨能力，但是該光路卻沒有與物體發生作用。然而，對兩個探測器接收的信號進行關聯運算，便能夠重建出目標圖像。

由于具備了如此奇特的性質，關聯成像提供了一種新型的強大的成像方式。近年來，對關聯成像的研究熱點已經逐漸從物理機制和基礎理論研究轉移到實際應用中的探討。關聯成像的強抗噪聲特性以及在散射介質中良好成像能力使得關聯成像能夠從諸如生物組織，渾濁液體中恢復目標信息，在生物醫學成像中具有巨大潛在應用。同時，結合數字微鏡器件以及關聯成像的優勢，使得關聯成像在熒光成像、遙感和生物醫學成像等領域均具有重要應用。

關聯成像是上個世紀九十年代逐漸發展起來的一種新型成像方式，是量子光學成像方面的新興領域，與量子糾纏概念的提出和發展有著密不可分的關系。 1995年，史硯華等人利用晶體自發參量下轉換過程制備的雙光子糾纏態第一次完成了關聯成像實驗，實驗中他們在并未放置待測物體的光路上再現出來了該物體的像，這種奇特的現象引發了當時人們極大的研究熱情。此后一段時間內，人們一度認為關聯成像的這種奇妙特性是量子糾纏所特有的，是經典物理所不能制備和完成的。然而在2002年Boyd等人創造性地使用He-Ne激光器所產生的激光照射隨機旋轉的反射鏡得到的經典光源進行關聯成像，得到了與糾纏雙光子源關聯成像相類似的結果。這個實驗的問世否認了經典光源不能完成關聯成像的理論，也引發了當時人們強烈的研究興趣。大量的理論和實驗都表明了熱光可以作為一種新型的光源模仿參量下轉換產生的糾纏光源用以實現關聯成像。

國內，韓申生等人利用統計光學理論分析了經典熱光關聯成像，并提出了利用X光源實現無透鏡傅里葉變換關聯成像的應用方案。汪凱戈等人從幾何光學角度對量子糾纏關聯成像和經典關聯成像進行了比較，研究了關聯成像和亞波長干涉效應。朱詩堯等人也從量子糾纏、干涉和關聯成像的角度出發，分析了相干光源和非相干光源的異同點。吳令安等人利用銣空心陰極電子管作為真熱光源實現了關聯成像和關聯干涉的一系列實驗。

最近幾年，關于熱光源強度關聯成像的研究已成為量子光學領域的前沿和熱點，使熱光強度關聯成像從理論到實驗，進而不斷朝著實用化方向發展。如 Shapiro從理論、Bromberg等人從實驗上先后提出了計算關聯成像系統，只利用一個單像素探測器，通過一定的計算即能高分辨地呈現物體的像。白巖峰等人探討了熱光源高階關聯成像方案，分析了二階關聯成像和高階關聯成像的異同點。 Meyers等人闡明了反射式關聯成像理論，與傳統透射式關聯成像不同，反射式關聯成像系統更適合在實際場景中應用。隨后，人們對熱光關聯成像及其對比度、可見度、信噪比、分辨率等方面進行了更加深入的理論探索與實驗研究。