[發(fā)明專利]一種液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)及其成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811425102.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109343077B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹杰;郝群;張芳華;馮永超;李毅東;張開(kāi)宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S17/89
• 分類號(hào): G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 北京理工正陽(yáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開(kāi)的一種液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)及其成像方法，屬于光電成像領(lǐng)域。本發(fā)明公開(kāi)的一種液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)包括激光器、準(zhǔn)直透鏡、數(shù)字微鏡設(shè)備DMD、空間光調(diào)制器SLM、單像素探測(cè)器、FPGA主控電路、第一透鏡組、第二透鏡組。調(diào)制矩陣模塊用于控制數(shù)字微鏡設(shè)備與空間光調(diào)制器工作；激光觸發(fā)模塊用于控制激光器工作狀態(tài)；符合計(jì)算模塊用于計(jì)算成像；第一透鏡組用于調(diào)焦；所述第二透鏡組用于會(huì)聚光束。本發(fā)明還公開(kāi)一種液晶相控陣鬼成像方法，基于所述一種液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明能夠在保證獲得所需結(jié)構(gòu)的散斑光場(chǎng)條件下，簡(jiǎn)化液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，具有形式靈活和成像效率高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電成像領(lǐng)域，特別是涉及一種相控陣鬼成像系統(tǒng)及其成像方法。

背景技術(shù)

鬼成像是近三十年來(lái)量子光學(xué)領(lǐng)域發(fā)展出的一種新型光學(xué)成像技術(shù)，鬼成像的成像方法與傳統(tǒng)的透鏡成像方法不同，該方法包括參考臂和探測(cè)臂，參考臂為高分辨率陣列式探測(cè)器，探測(cè)臂為桶探測(cè)器，其中桶探測(cè)器收集光路經(jīng)過(guò)被探測(cè)物體透射或反射作用后的總光強(qiáng)信息，陣列探測(cè)器所在光路不包含待測(cè)物體，收集的只是光源自由傳播一段距離后的光場(chǎng)信息。兩者都無(wú)法單獨(dú)對(duì)目標(biāo)成像，但當(dāng)這兩臂信號(hào)進(jìn)行二階互相關(guān)運(yùn)算后能夠反演出被探測(cè)物體的信息。鬼成像具有非局域性，可以在不包含物體的光路上成像；成像空間分辨率高，可以突破衍射極限；可消除大氣湍流和散射介質(zhì)對(duì)成像的影響。所以鬼成像在遙感、醫(yī)學(xué)、顯微成像，以及彈載、星載成像探測(cè)等方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

光學(xué)相控陣技術(shù)的概念來(lái)源于傳統(tǒng)的微波相控陣，光相控陣是以工作在光波段的激光作為信息載體，因而不受傳統(tǒng)無(wú)線電波的干擾，而且激光的波束窄，不易被偵察，具備良好的保密性；此外光相控陣可以集成在一塊芯片上，尺寸小，重量輕，靈活性好，功耗低。這些優(yōu)勢(shì)使得光相控陣在自由空間光通信，光檢測(cè)和測(cè)距、圖像投影、激光雷達(dá)和光學(xué)存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景。

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，相控陣技術(shù)的應(yīng)用有利于提高隨機(jī)散斑生成效率，例如：在《Optics Express》期刊上的題為“High frame-rate computational ghost imagingsystem using an optical fiber phased array and a low-pixel APD array”的文章將光纖相控陣列用于鬼成像，搭建了一套高速的計(jì)算鬼成像系統(tǒng)。在該方案中，激光器發(fā)出的激光首先傳輸至光纖放大器進(jìn)行功率放大后被光纖耦合器分成多束相干光，傳輸至電光相位調(diào)制器進(jìn)行隨機(jī)相位調(diào)制，最后經(jīng)過(guò)光纖陣列形成特定結(jié)構(gòu)的快速時(shí)變散斑光場(chǎng)。相比于傳統(tǒng)鬼成像裝置，加快了散斑場(chǎng)變化速率，相應(yīng)提高了成像速率，大幅促進(jìn)了鬼成像在實(shí)際動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的應(yīng)用。由此，關(guān)于相控陣鬼成像的研究逐漸興起，隨著對(duì)相控陣鬼成像結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)的深入研究，已經(jīng)為其實(shí)用化做了良好鋪墊。然而現(xiàn)有的一些基于光纖陣列的鬼成像方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含光纖放大器、光纖耦合器、電光相位調(diào)制器等眾多器件，不利于系統(tǒng)的小型化集成。同時(shí)受限于光纖陣列的排列方式，其多為環(huán)形、正方形、六角形等，相應(yīng)形成的散斑光場(chǎng)比較單一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)的一種液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)及其成像方法，要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種能夠生成所需結(jié)構(gòu)散斑光場(chǎng)的液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)及其成像方法，且能夠在保證獲得所需結(jié)構(gòu)的散斑光場(chǎng)條件下，簡(jiǎn)化液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，具有形式靈活和成像效率高的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

本發(fā)明公開(kāi)的一種液晶相控陣鬼成像系統(tǒng)，包括激光器、準(zhǔn)直透鏡、數(shù)字微鏡設(shè)備DMD、空間光調(diào)制器SLM、單像素探測(cè)器、FPGA主控電路、第一透鏡組、第二透鏡組，其中，所述FPGA主控電路包含調(diào)制矩陣模塊、激光觸發(fā)模塊、信號(hào)采集模塊以及符合計(jì)算模塊。所述調(diào)制矩陣模塊用于控制數(shù)字微鏡設(shè)備與空間光調(diào)制器工作；所述激光觸發(fā)模塊用于控制激光器工作狀態(tài)；所述符合計(jì)算模塊用于計(jì)算成像；所述第一透鏡組用于調(diào)焦；所述第二透鏡組用于會(huì)聚光束。