[發明專利]激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法

在審

• 申請號: 201810829862.3
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN110850432A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 胡以華;趙楠翔;楊彪;谷雨;石亮;徐世龍;王金誠;王勇;楊星
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 趙瑜;金凱

1.一種激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，其特征在于：使用脈沖激光照射探測目標，使用非相干探測系統接收探測回波，將回波數據視為目標本體反射率投影分布函數與發射脈沖波形的卷積結果，使用迭代最大似然估計方法從回波數據中提取目標反射率投影分布函數，在解卷積運算過程中引入噪聲誤差，使用共軛梯度法對目標函數做最小化處理，獲得反射率投影分布函數的最優估計值。

2.根據權利要求1所述的激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

(1)激光器發射脈沖波形為高斯脈沖的激光光束，發射端用信號發生器對激光脈沖進行調制，發射光束經過一個可調節衰減鏡后，由分光鏡對光束分束，其中一束光被探測器檢測并記錄脈沖波形，另一束光經擴束鏡擴束后指向目標，目標本體完全被激光光斑覆蓋；

(2)目標本體受激光光束照射后反射回波，使用非相干探測體制對回波進行探測，接收端用單像素探測器直接探測反射回波，探測器輸出信號經一個射頻高速電信號放大器后，由示波器顯示波形并采集回波數據；

(3)目標本體置于可旋轉轉臺上，轉臺的轉速均勻可控，調整轉臺的旋轉角度，獲取不同角度的目標回波數據；

(4)觀察反射回波數據，反射回波是目標本體反射率投影分布函數和發射的高斯脈沖的非平凡卷積結果，采用迭代最大似然估計法對反射回波數據解卷積，得到目標本體反射率投影分布函數；

(5)將經過解卷積處理方法得到的投影數據代入激光反射斷層成像處理算法，即可得到重建的探測目標二維輪廓圖像。

3.根據權利要求2所述的激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，其特征在于：步驟(2)所述的探測器為高帶寬高靈敏度Si-APD探測器，鏡頭采用工業級標準C型口光圈可調、可變焦的光學鏡頭。

4.根據權利要求2所述的激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，其特征在于：步驟(2)的光路設計為非收發同軸模式。

5.根據權利要求2所述的激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，其特征在于，步驟(4)所述的解卷積具體包括以下步驟：

(41)對反射率分布進行最大似然估計：構造反射率投影分布的概率計算式；

(42)引入噪聲誤差量：假設誤差量由高斯白噪聲產生，將誤差量引入解卷積過程；

(43)解算估計量的概率的顯式表達式：使用離散近似條件構造并簡化反射率分布的概率表達式；

(44)斯特林漸近逼近近似：使用斯特林漸進逼近近似簡化反射率分布的概率表達式；

(45)共軛梯度法求解最優估計量：使用共軛梯度法最小化已構造的目標函數式，使用搜索迭代獲得最優估計值，達到極限或指定的計算精度后停止迭代。

6.根據權利要求5所述的激光反射斷層成像目標反射率分布解算方法，其特征在于，步驟(42)所述誤差量的概率表達式為：

其中為待求的目標反射率分布估計量，I為利用回波數據重構的目標原始假設圖像，N為的分量數量，分量的有限、小距離量表示為Δp_j，χ²具體為：