[發(fā)明專利]物體通過無序介質(zhì)成像的裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910855231.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN110673336A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛煜;張也;韓偉;莊秋實(shí);何澤文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 32203 南京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 岑丹

本發(fā)明提出了一種物體通過無序介質(zhì)成像的裝置和方法。方法具體為：首先在激光準(zhǔn)直光路中用一個(gè)針孔來模擬點(diǎn)光源，光束通過無序介質(zhì)形成散射光，探測(cè)出空間光調(diào)制器平面的散射光場(chǎng)分布；取空間光調(diào)制器平面的光場(chǎng)復(fù)振幅的相位共軛，再疊加菲涅爾透鏡相位，得到調(diào)控所需的相位，并加載于空間光調(diào)制器上，把針孔替換為待檢測(cè)的物體，就能夠?qū)崿F(xiàn)物體通過無序介質(zhì)成像。本發(fā)明具有成像速度快的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無序介質(zhì)領(lǐng)域，具體為一種物體通過無序介質(zhì)成像的裝置和方法。

背景技術(shù)

光在理想情況下一直沿著直線傳播，但在實(shí)際情況下光在傳播過程中遇到一些介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生散射，傳播方向會(huì)發(fā)生改變。使光線發(fā)生散射的介質(zhì)叫做無序介質(zhì)，或者隨機(jī)介質(zhì)。

光通過無序介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生散射，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的波前畸變，傳播方向和光場(chǎng)分布會(huì)發(fā)生變化。要獲取光場(chǎng)的信息較為困難。但借助空間光調(diào)制器，可以調(diào)控光場(chǎng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物體通過無序介質(zhì)成像。

目前技術(shù)中對(duì)通過無序介質(zhì)成像的方法研究有：荷蘭特文特大學(xué)的I.M.Vellekoop等人提出了基于反饋控制的波前整形技術(shù)，通過逐點(diǎn)調(diào)制空間光調(diào)制器像素，搜索相位來整形光束，使得光束通過無序介質(zhì)聚焦；美國(guó)科羅拉多大學(xué)波爾得分校的Donald B.Conkey等人提出了介紹了利用遺傳算法聚焦光束，并表明遺傳算法在低信噪比環(huán)境中實(shí)驗(yàn)效果比較好。以色列魏茨曼科學(xué)研究所的Ori Katz等人基于無序介質(zhì)的記憶效應(yīng)，首先使用遺傳算法優(yōu)化相位，加載于空間光調(diào)制器上并保持，將點(diǎn)光源通過無序介質(zhì)形成的散射光校準(zhǔn)為點(diǎn)像，然后將點(diǎn)光源替換為物體，可以實(shí)現(xiàn)物體成像。但是以上的技術(shù)都是采用搜索的方法優(yōu)化相位來整形光束，這樣就會(huì)造成成像校準(zhǔn)的時(shí)間很長(zhǎng)，難以應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)或變化較快的無序介質(zhì)環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了一種物體通過無序介質(zhì)成像的裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種物體通過無序介質(zhì)成像的裝置，包括準(zhǔn)直光源、第一透鏡、第二透鏡、第一分束鏡、第一反射鏡、被測(cè)物位置、無序介質(zhì)、第三透鏡、第四透鏡、第二分束鏡、第三分束鏡、第一面陣探測(cè)器、第四分束鏡、相機(jī)鏡頭、第二面陣探測(cè)器、空間光調(diào)制器，所述準(zhǔn)直光源、第一透鏡、第二透鏡、第一分束鏡、第一反射鏡、被測(cè)物位置、無序介質(zhì)、第三透鏡、第四透鏡、第二分束鏡、第三分束鏡、第一面陣探測(cè)器、第四分束鏡、相機(jī)鏡頭、第二面陣探測(cè)器、空間光調(diào)制器被設(shè)置為：

所述準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)過第一透鏡、第二透鏡擴(kuò)束，被第一分束鏡分為兩束平行光，其中，第一束平行光直線傳播，照射在被測(cè)物位置上，繼續(xù)傳播通過無序介質(zhì)形成散射光，散射光依次經(jīng)過第三透鏡、第四透鏡、第二分束鏡和第四分束鏡照射到空間光調(diào)制器平面；被第一分束鏡分為的第二束平行光經(jīng)過第一反射鏡和第三分束鏡，第二分束鏡、以及第四分束鏡照射到空間光調(diào)制器平面，作為參考光與第一束平行光形成的散射光發(fā)生干涉，在空間光調(diào)制器平面的光，經(jīng)過第四分束鏡、相機(jī)鏡頭，在第二面陣探測(cè)器上成像，空間光調(diào)制器調(diào)制后的光經(jīng)過第四分束鏡、第二分束鏡、第三分束鏡，被第一面陣探測(cè)器所接收探測(cè)。

優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直光源為連續(xù)型激光器，發(fā)出的光為連續(xù)型可見的準(zhǔn)直激光。

本發(fā)明還公開了一種物體通過無序介質(zhì)成像的方法，具體步驟為：

步驟1、在被測(cè)物位置放置針孔，所述針孔位于光軸中心，正面朝向光源，調(diào)整空間光調(diào)制器平面的相位分別為0、π/2、π、3π/2，第二面陣探測(cè)器分別記錄下不同光強(qiáng)分布，使用四步移相法求解出空間光調(diào)制器平面的光場(chǎng)分布；

步驟2、將空間光調(diào)制器的相位調(diào)整為光場(chǎng)分布的共軛相位p_c疊加菲涅爾透鏡相位p_f；

步驟3、用被測(cè)物替換掉針孔，并去除第一反射鏡，第一面陣探測(cè)器探測(cè)到物體的圖像。

優(yōu)選地，使用四步移相法求解出空間光調(diào)制器平面的光場(chǎng)分布具體為：