[發明專利]基于Wirtinger Flow算法的散斑相關成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201910972577.1
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110807822B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 邊麗蘅;李一鳴;張軍;曹先彬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

本發明公開了一種基于Wirtinger Flow算法的散斑相關成像方法及裝置，其中，該方法包括：S1，獲取目標散斑圖像，根據維納?辛欽定理對目標散斑圖像進行自相關的傅里葉變換，得到目標功率譜；S2，通過Wirtinger Flow算法建立目標圖像和目標功率譜的代價函數，通過優化算法對代價函數進行優化并求解代價函數的最優解，根據最優解重建目標圖像。該方法可以提高目標重建過程對于測量噪聲和系統畸變的魯棒性，不需要目標的任何先驗信息，提高重建目標的質量。

技術領域

本發明涉及抗散射成像技術領域，特別涉及一種基于Wirtinger Flow算法的散斑相關成像方法及裝置。

背景技術

攜帶目標信息的光波在透射過強散射介質如生物組織、煙霧、雞蛋薄膜等會發生散射，使得光波所攜帶的目標信息被重新“編碼”，探測器所接收到的是隨機散斑圖像，無法分辨出目標的輪廓和細節。

散斑相關成像技術是基于強散射介質固有的光學記憶效應性質所發展而來的一種可以在傳輸路徑上存在強散射介質的情況下進行成像的技術。光學記憶效應最早是由以色列科學家I.Freund等人首次提出的概念，即光波透過散射介質后，當小范圍的改變光波的入射角時，不同入射角得到的散斑場之間存在較強的相關性，可以近似看作散斑場隨著入射角度的變化而移動的一種現象。基于光學記憶效應的散射成像研究就此展開。2012年，意大利科學家J.Bertolotti等人在Nature上首次提出利用散斑相關法實現透過散射介質成像，借助在光學記憶效應范圍內散斑場之間的相關性，結合交替投影的相位恢復算法實現了隨機散射介質的成像。該方法成功實現了非侵入式散射成像，但是由于要在光學記憶效應范圍內進行掃描，整個過程需要耗費幾十分鐘，因此無法應用在實際情況中。為解決這個問題，2014年，以色列科學家O.Katz等人在J.Bertolotti研究的基礎上提出了一種基于單幀散斑相關的無透鏡成像方法，該方法不僅完全避免了原有成像系統需要進行掃描的不足，而且由于系統無透鏡，也避免了由透鏡帶來的像差對成像質量的影響。然而，該方法依然存在需要改進的地方，即該方法在相位恢復的算法中應用的是Fienup算法，該算法需要目標的先驗信息，即目標的尺寸。2015年，國內學者代偉佳在他的研究中，對于散斑圖像的相位恢復使用的是通用近似信息傳遞相位恢復算法，該算法優勢在于不需要目標尺寸的先驗信息，轉而需要較易實現的估計目標稀疏度的先驗信息。雖然有所改進，但仍舊沒有避免需要先驗信息這一不足，在重建過程中對測量噪聲和系統畸變的魯棒性上呈現的效果一般。

如何提高透過強散射介質實現高分辨率成像，是光學成像領域亟待解決的一項重要問題，其在生物醫學成像、海洋環境探測、公共安全等領域具有重要的應用價值。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種基于Wirtinger Flow算法的散斑相關成像方法，該方法可以提高目標重建過程對于測量噪聲和系統畸變的魯棒性，不需要目標的任何先驗信息，提高重建目標的質量。

本發明的另一個目的在于提出一種基于Wirtinger Flow算法的散斑相關成像裝置。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種基于Wirtinger Flow算法的散斑相關成像方法，包括：

S1，獲取目標散斑圖像，根據維納-辛欽定理對所述目標散斑圖像進行自相關的傅里葉變換，得到目標功率譜；

S2，通過Wirtinger Flow算法建立目標圖像和所述目標功率譜的代價函數，通過優化算法對所述代價函數進行優化并求解所述代價函數的最優解，根據所述最優解重建所述目標圖像。