[發(fā)明專利]基于散射的成像系統(tǒng)景深拓展裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910824337.7
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號(hào): CN110673330B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛煜;韓偉;張也;莊秋實(shí);何澤文
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B26/06
• 分類號(hào): G02B26/06;H04N5/225
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發(fā)明公開了一種基于散射的成像系統(tǒng)景深拓展裝置及方法，該方法在光電探測器前放置一塊散射截止，然后在物面光軸中心放置針孔，光束經(jīng)過針孔以及散射介質(zhì)，在探測面形成散斑，采集針孔形成的散斑以及物體產(chǎn)生的散斑，對探測器采集到的兩幅圖進(jìn)行反卷積運(yùn)算即可重建被測物。本發(fā)明能夠以簡單的光學(xué)手段實(shí)現(xiàn)景深拓展，且分辨率高，穩(wěn)定性高，可靠性強(qiáng)，無需對光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，成本較低，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于散射成像技術(shù)，具體為一種基于散射的成像系統(tǒng)景深拓展裝置及方法。

背景技術(shù)

散射介質(zhì)是生活中無處不在的物體，近年來，通過對散射介質(zhì)的深入研究，發(fā)現(xiàn)光束在薄散射介質(zhì)中的傳播可以看做是一種線性的過程，從此散射介質(zhì)開始被視作具有相當(dāng)自由度的光學(xué)元件。

對于一個(gè)固定焦距、數(shù)值孔徑的成像系統(tǒng)來說，在探測位置以被測物體位置無法改變的情況下，對其位于景深范圍外的物體的成像往往是模糊不清的。通常來說增加景深可以通過減小數(shù)值孔徑，但是隨著通光孔徑的縮小，其輸出的光能量也會(huì)縮小，隨之會(huì)降低成像系統(tǒng)的分辨率，在顯微成像領(lǐng)域這是極難以接受的。

除此之外擴(kuò)展景深的方法如下幾種：(1)通過改變透鏡與探測器的距離以獲得被攝主體、近景以及遠(yuǎn)景，然后通過圖片合成獲得大景深圖像的方法；(2)采用波前調(diào)制的方法，通過特制的相位掩模板，對光學(xué)系統(tǒng)的波前進(jìn)行調(diào)制，使得其點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在較大范圍內(nèi)不變，以此來獲得較大的景深。但是上述方法需要進(jìn)行多次耗時(shí)的拍攝亦或是需要定制特殊的掩模板，同時(shí)對光路的準(zhǔn)確度以及裝調(diào)要求也極高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了一種基于散射的成像系統(tǒng)景深拓展裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種基于散射的成像系統(tǒng)景深拓展裝置，包括光源、旋轉(zhuǎn)毛玻璃、第一透鏡、第一光闌、被測物面第二透鏡、散射介質(zhì)、第二光闌、光電探測器、計(jì)算機(jī)；

所述光源、第一透鏡、第一光闌、第二透鏡、散射介質(zhì)、第二光闌、光電探測器依次沿光軸放置，被測物面設(shè)置在第一光闌和第二透鏡之間的任意位置，旋轉(zhuǎn)毛玻璃平行且半交于光軸放置在光源與第一透鏡間，所述計(jì)算機(jī)用于記錄光電探測器探測的光強(qiáng)信息并根據(jù)光強(qiáng)信息進(jìn)行物體重建；

光源發(fā)出的相干光經(jīng)旋轉(zhuǎn)毛玻璃變?yōu)榉窍喔晒猓?jīng)第一透鏡擴(kuò)束，以平行光出射經(jīng)過第一光闌，然后光束入射在被測面上，經(jīng)過被測物的光經(jīng)第二透鏡散射介質(zhì)出射，出射的散射光經(jīng)過光闌后被光電探測器接收。

優(yōu)選地，所述第二透鏡在未設(shè)置散射介質(zhì)時(shí)像面位于光電探測器處。

優(yōu)選地，所述光源為連續(xù)型激光器，發(fā)出的光為連續(xù)型可見激光。

優(yōu)選地，所述散射介質(zhì)為單透毛玻璃。

優(yōu)選地，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)光強(qiáng)信息進(jìn)行物體重建的具體公式為：

式中，H(u，v)表示點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，H(u，v)²＝H^*(u，v)H(u，v)，H^*(u，v)表示H(u，v)的復(fù)共軛，k為信噪比，G(u，v)表示物體散斑。

優(yōu)選地，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的確定方法為：

在被測物面處放置針孔，針孔位于光軸中心，正面朝向光源，用光電探測器記錄此時(shí)的散斑圖案，所記錄數(shù)據(jù)即為此處對應(yīng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)H(u，v)。

優(yōu)選地，物體散斑的確定方法為：

在所設(shè)置的被測物面處放置被測物，被測物位于光軸中心，正面朝向光源，用光電探測器記錄此時(shí)的散斑圖案，所記錄數(shù)據(jù)即為此處對應(yīng)的物體散斑F(u，v)。

本發(fā)明還提供了一種基于散射的成像系統(tǒng)景深拓展方法，具體步驟為：