[發明專利]一種利用散射光對目標物體進行成像的方法

在審

• 申請號: 202010734217.0
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN112051240A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 袁梓豪;趙琳琳;李明飛;孫曉潔;董鵬;鄧意成;劉院省;王學鋒
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/49;G01N21/84;G01B11/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明涉及一種利用散射光對目標物體進行成像的方法，其硬件包括：光源、光調制器、光強探測器、數字采集卡和工控機。成像步驟包括：S1，光從光源經過調制器，變成空間調制光；S2，空間調制光照射到目標物體上，然后在目標物體表面反射，或透過目標物體；S3，來自目標物體的反射光或透射光，經散射進入光強探測器，被轉化為光強信息；S4，將光強信號轉化為數字信號，由采集裝置收集，傳入工控機；S5，根據預設編碼方案更換調制圖案，重復S1?S4，在工控機內存儲一系列光強信息；S6，在工控機內利用采集的光強序列通過反解算法重構出目標物體的一幀圖像；S7，重復S1?S6，重構出目標物體的下一幀圖像。

技術領域

本發明屬于圖像處理、計算成像技術領域，設計了一種利用散射光對目標物體進行成像的系統方案。

背景技術

從動物的眼睛到日常使用的照相機，其成像的關鍵都在于來自目標物體的且有空間分布的光場信息，并由空間分布的大量傳感器探測。然而，若光線經過嚴重的隨機散射，則其空間分布信息將被破壞，似乎失去了用于成像的價值。這樣的情況出現在許多的應用場景中，如被惡劣天候(風、雨、雪、雹、霧等)、嚴重空氣污染(煙、霾、沙塵等)、混濁液體、云層等透射型散射介質隔絕情況下的成像，又如來自目標物體的光線經過紙張、建筑物墻壁、粗糙器物等表面漫反射條件下的成像。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對現有成像系統無法利用散射光成像的問題，提出了一種利用散射光對目標物體進行成像的方法，能夠在多種特殊場合滿足高速、高質量的成像需求。

本發明解決技術的方案是：一種利用散射光對目標物體進行成像的方法，涉及的部件包括光源、空間光調制器、光強探測器、數字采集裝置和工控機，包括如下步驟：

步驟S1，從預設的一套編碼方案中選取一張調制圖案，使光源經過調制器后，變成帶有該調制圖案的空間調制光；

步驟S2，令空間調制光照射到目標物體上，然后在目標物體表面反射或透過目標物體；

步驟S3，從來自目標物體的反射光或透射光中任選一路，經散射進入光強探測器，被轉化為光強信息；

步驟S4，將光強信號轉化為數字信號，由數字采集裝置收集，傳入工控機；

步驟S5，重復步驟S1-S4，在工控機內存儲一系列光強信息；

步驟S6，在工控機內利用采集的光強序列，根據編碼方案通過反解算法重構出目標物體的一幀圖像；

步驟S7，重復S1-S6，重構出目標物體的下一幀圖像，完成對目標物體實時成像。

所述空間光調制器采用LED或光柵或微鏡陣列或毛玻璃。

所述編碼方案采用正交基組一類的編碼方案，包括Hadamard、DCT、FFT、小波變換正交基組。

所述編碼方案具體為：將正交基組中的每一個正交基向量排列為二維圖案，并將圖案按一定順序排列，得到編碼方案。

所述步驟S3中，在極弱光條件下，采用單光子雪崩二極管作為光強探測器。

通過一系列有序的調制光照射和信號采集，獲取成像所需的完整或大部分信息。

通過反解算法，根據采集到的光強度序列，重構得到目標物體的圖像。

本發明與現有技術相比的有益效果是：

1)改變了傳統成像系統中引用反射光成像的原理，通過對光源的處理，使整個系統應用散射光來進行成像，保證當來自目標物體的光線被嚴重散射后，仍能對目標物體進行成像；

2)采用無空間分辨率的單點探測器，工業復雜度低，成本低；