[發明專利]一種光電協同散射介質成像系統及其方法

在審

• 申請號: 202010614900.0
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111724328A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 袁瑛;毛涵秋;馮玉堯
• 申請（專利權）人: 蘇州興釗防務研究院有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G02B27/48;G03B41/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種光電協同散射介質成像系統，其特征在于，包括依次連接的激光發射器(1)、針孔(2)、透鏡(3)、分束立方體(4)和空間光調制器(5)，所述分束立方體(4)還連接有散射器(6)，所述散射器(6)與相機(7)連接，所述相機(7)連接至成像處理單元(8)，所述激光發射器(1)用于輸出激光光源；

所述針孔(2)和透鏡(3)用于對激光光源進行準直擴束操作；

所述分束立方體(4)用于將一束準直光分成多束光，并使光束入射至空間光調制器(5)和散射器(6)；

所述空間光調制器(5)上加載有待重建目標圖像；

所述散射器(6)用于對光束進行隨機介質散射；

所述相機(7)根據隨機介質散射后的光束，形成散斑圖案，并將散斑圖案輸出給成像處理單元(8)；

所述成像處理單元(8)根據散斑圖案和待重建目標圖像，重建并輸出目標圖像。

2.一種應用權利要求1所述光電協同散射介質成像系統的成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將待重建目標圖像加載至空間光調制器(5)；

S2、激光發射器(1)輸出激光光源，激光光源依次通過針孔(2)、透鏡(3)，之后經分束立方體(4)入射至空間光調制器(5)，得到待重建目標圖像光束；

S3、待重建目標圖像光束反射回分束立方體(4)，并經分束立方體(4)入射至散射器(6)；

S4、待重建目標圖像光束經散射后在相機(7)平面成像，得到散斑圖案；

S5、成像處理單元(8)采集一次散斑圖案，根據散斑圖案和待重建目標圖像，得到待重建目標圖像的傅里葉幅度譜預測值，采用相位恢復方法，以重建輸出目標圖像。

3.根據權利要求2所述的一種成像方法，其特征在于，所述步驟S5具體包括以下步驟：

S51、計算散斑圖案自相關；

S52、根據散斑圖案自相關，計算得到待重建目標圖像自相關；

S53、對待重建目標圖像自相關進行反傅里葉變換，得到待重建目標圖像的傅里葉幅度譜預測值；

S54、基于待重建目標圖像的傅里葉幅度譜預測值，采用相位恢復方法，按照預設的迭代次數，重建并輸出目標圖像。

4.根據權利要求3所述的一種成像方法，其特征在于，所述步驟S51具體是通過對散斑圖案的能量譜進行二維反傅里葉變換計算，以得到散斑圖案自相關。

5.根據權利要求3所述的一種成像方法，其特征在于，所述步驟S52中待重建目標圖像自相關的計算公式為：

[O★O](θ)＝[I★I](θ)-C

其中，符號★代表自相關運算符，I★I為散斑圖案I(θ)的自相關，O★O為待重建目標圖像O(θ)的自相關，C為背景常數。

6.根據權利要求3所述的一種成像方法，其特征在于，所述步驟S54具體包括以下步驟：

S541、構建相位恢復模型，將待重建目標圖像的傅里葉幅度譜預測值輸入相位恢復模型中，按照預設的迭代次數進行迭代輸出，得到重建目標圖像的相位；

S542、根據重建目標圖像的相位，對應生成重建目標圖像。

7.根據權利要求6所述的一種成像方法，其特征在于，所述相位恢復模型包括依次連接構成閉環的二維傅里葉變換模塊、取相位模塊、相位恢復模塊、二維逆傅里葉變換模塊、約束施加模塊和平滑模塊，所述二維傅里葉變換模塊用于對其輸入的相位進行二維傅里葉變換；

所述取相位模塊用于從相位二維傅里葉變換結果中提取相位角；

所述相位恢復模塊根據待重建目標圖像的傅里葉幅度譜預測值和相位角，計算得到重建目標圖像相位；

所述二維逆傅里葉變換模塊用于對重建目標圖像相位進行二維逆傅里葉變換；

所述約束施加模塊用于對二維逆傅里葉變換結果施加約束；

所述平滑模塊用于對施加約束后的結果進行平滑濾波，并將平滑濾波后結果輸出給二維傅里葉變換模塊。