[發明專利]基于傅里葉光場和關聯成像的光學成像方法

在審

• 申請號: 201910360281.4
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110118755A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 葉華龍;張雷洪;張大偉;康祎;王朝銳;張志晟;徐潤初
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/17
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐穎

本發明涉及一種基于傅里葉光場和關聯成像的光學成像方法，目標物體的圖像用離散化的像素表示。該方法中采用四個波長的光照明，目標物體對光的透過率不同構成傅里葉光場，獲取到四個桶探測器值。采用Metasurface制作，可以將四個光場照射目標物體圖案像素得到的四個強度信號捆綁為一個調制塊，每個強度信號對應一個波長的透過率，最終重構出物體的像。本發明采用不同的光場照明，通過不同的光場信號合為一個，減少了測量次數；通過Metasurface調節波長、空間位置以及透過率的調節，實現一次測量關聯成像。

技術領域

本發明涉及一種光學成像技術，特別涉及一種基于傅里葉光場和關聯成像的光學成像方法。

背景技術

隨著光學成像技術的快速發展，人們對于信息資源的需求越來越大，圖像是人類最主要的信息源，而獲取圖像信息的主要方式是光學成像。一般情況下，一個光學成像系統由照明單元和探測單元兩部分組成。傳統光學成像系統一般是將穩定的照明光場直接照射到非發光的目標物體，然后通過透鏡將物體表面的反射光匯聚成像在光敏單元成二維分布的光敏器件上，最終形成目標物體的圖像。在經典成像模型中，只有直接從目標物體射出并進入透鏡的光線，帶有目標物體的空間分布信息，能被透鏡匯集成像；而從目標物體射出，又經其它介質散射后進入透鏡的光線，失去了目標物體的空間分布信息，對成像無任何貢獻，并且形成了圖像的噪聲。

現有的光學成像系統中，普遍存在以下缺陷:1)現有的光學成像方法中為了追求更高的圖像分辨率，就要使光敏器件單個像素的尺寸更小，但是在工藝上想要制造更小的像素尺寸有著很大的困難，并且信噪比會大大降低；2)現有的光學成像方法中光敏器件的光譜特性對一些特殊波段的成像具有較大的困難，比如目前基于硅基半導體的CCD、CMOS等成像器件等，在X射線、太赫茲、紅外線等波段的成像都存在著局限性。

發明內容

本發明是針對現在成像技術在某些波段存在局限性的問題，提出了一種基于傅里葉光場和關聯成像的光學成像方法，該方法中采用四個波長的光照明，目標物體對光的透過率不同構成傅里葉光場，獲取到四個桶探測器值。采用Metasurface制作，可以將四個光場照射目標物體圖案像素得到的四個強度信號捆綁為一個調制塊，減少了測量次數；通過Metasurface調節波長、空間位置以及透過率的調節，實現測量關聯成像。

本發明的技術方案為：一種基于傅里葉光場和關聯成像的光學成像方法，具體步驟如下：

1)目標物體的圖像用離散化的像素表示，構成大小為一個M×N像素的矩陣，照明光場為用余弦結構光場發生器生成一系列頻率不同的按余弦分布的光場，第i個光場在目標物體所在平面的光強分布表示為：

P_i(x,y；f_x,f_y)＝a+b·cos(2πf_xx+2πf_yy+φ)，

其中i＝1、2、3、4，x、y是目標物體的像素點坐標，公式中x取0→M-1之間的整數，y取0→N-1之間的整數；f_x、f_y分別是x、y方向上余弦光場的光波頻率，f_x、f_y用歸一化頻率表示為α₁、β₁分別是x、y對應的整數值；a是余弦光場的平均光強、b為有光強照射和無光強照射所在平面的對比度，a、b取整數，φ是光場的初位相；

2)用四個初位相分別為0、π、的余弦分布光場依次照射目標物體，用光探測器依次接收來自目標物體的光強信號，再依次采集記錄光探測器的響應值；

3)根據4個響應值獲得目標物體圖像的傅里葉變換譜；

4)對根據響應值獲得的目標物體圖像的傅里葉變換譜進行二維離散反傅里葉變換，進行重建目標物體的圖像。