[發(fā)明專利]一種基于散射介質(zhì)的寬光譜單幀散射成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010868830.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112161953B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵曉鵬;李偉;劉杰濤;席特立;梁文海;孫揚(yáng)帆;樊增增;高苗
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/49
• 分類號: G01N21/49;G01N21/01
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發(fā)明公開了一種基于散射介質(zhì)的寬光譜單幀散射成像方法，包括：搭建透過散射介質(zhì)的寬光譜成像系統(tǒng)，其中，所述寬光譜成像系統(tǒng)包括沿光軸方向依次設(shè)置的寬譜光源、準(zhǔn)直透鏡、可變光闌、散射介質(zhì)和探測器；獲取所述寬光譜成像系統(tǒng)的寬譜點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)；利用所述寬光譜成像系統(tǒng)獲取成像目標(biāo)的寬譜散斑圖像；對所述寬譜點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)和所述寬譜散斑圖像進(jìn)行互相關(guān)寬譜重構(gòu)，獲得所述成像目標(biāo)的重構(gòu)圖像。該寬光譜單幀散射成像方法僅需單幀寬譜散斑結(jié)合預(yù)先標(biāo)定的寬譜光源點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，重構(gòu)目標(biāo)精度高、速度快，光路簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于散射介質(zhì)的寬光譜單幀散射成像方法。

背景技術(shù)

光波在經(jīng)過散射介質(zhì)內(nèi)部傳輸或與其表面相互作用時會出現(xiàn)不同程度的散射，傳統(tǒng)光學(xué)成像系統(tǒng)僅能接收到由于散射光干涉而形成的散斑，無法直接獲得隱藏在散射介質(zhì)后的目標(biāo)信息。目前常用的透過散射介質(zhì)成像的方法有散斑相關(guān)成像、傳輸矩陣光場成像及波前調(diào)制成像等。散斑相關(guān)成像技術(shù)通過目標(biāo)自相關(guān)與散斑自相關(guān)的高度相似性結(jié)合相位恢復(fù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)透過散射介質(zhì)的小目標(biāo)成像，但其成像受限于照明光源譜寬，隨著譜寬的擴(kuò)展，散斑對比度會逐漸下降，散斑顆粒尺寸變化，散斑結(jié)構(gòu)可分辨性下降，目標(biāo)自相關(guān)與散斑自相關(guān)之間的結(jié)構(gòu)相似特性也會隨譜寬增加而逐漸消失，目前尚無直接方法對寬譜照明的目標(biāo)成像。基于傳輸矩陣與基于波前調(diào)制的透散射介質(zhì)成像思想均需高質(zhì)量相干光源照明，并對光場調(diào)制反饋進(jìn)行相應(yīng)的波前編碼以獲取散射介質(zhì)前后表面的光場信息，除了對光源有高質(zhì)量要求外，也需要很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，成本高昂，操作不便。

考慮到實(shí)際應(yīng)用中激光光源的高額費(fèi)用及其光損失特性，在生物醫(yī)學(xué)、文物保護(hù)、智能交通及無損探測領(lǐng)域中，更希望使用易于獲取且價格低廉的非相干光源或白光光源對場景進(jìn)行探測成像。上述方法在一定程度上解決了透過散射介質(zhì)的成像需求，但其成像譜寬局限于激光光源或窄譜LED光源，通常情況譜寬不超過20nm。

2017年，新加坡南洋理工大學(xué)Sujit Kumar Sahoo等人根據(jù)散射介質(zhì)的光譜退相關(guān)特性，通過測量不同窄譜范圍內(nèi)的散射介質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，結(jié)合解卷積技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單幀黑白相機(jī)透過散射介質(zhì)的多光譜成像，但其需要在光路中引入不同窄譜濾光片，實(shí)驗(yàn)光路較為復(fù)雜。2018年，中山大學(xué)的徐曉慶等人利用不同波長下散射介質(zhì)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)尺度放縮特性，結(jié)合先驗(yàn)?zāi)繕?biāo)信息，實(shí)現(xiàn)了透過散射介質(zhì)的未知光譜目標(biāo)重構(gòu)，該方法需要引入?yún)⒖寄繕?biāo)，且重建效果并不理想。2019年，美國杜克大學(xué)的Joel A.Greenberg等人利用光譜編碼結(jié)合壓縮感知技術(shù)，同樣實(shí)現(xiàn)了透過散射介質(zhì)的單幀多光譜散射成像，但其光路中需要引入空間光調(diào)制器及分光元件，實(shí)驗(yàn)難度大為增加，且需要引入不同譜寬的窄譜濾光片。引入目標(biāo)先驗(yàn)參考或采用濾波片分而治之的方法，操作不便，系統(tǒng)復(fù)雜，雖然一定程度上可以解決問題，但也限制了該類技術(shù)在實(shí)際中應(yīng)用與推廣。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于散射介質(zhì)的寬光譜單幀散射成像方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種基于散射介質(zhì)的寬光譜單幀散射成像方法，包括：

搭建透過散射介質(zhì)的寬光譜成像系統(tǒng)，其中，所述寬光譜成像系統(tǒng)包括沿光軸方向依次設(shè)置的寬譜光源、準(zhǔn)直透鏡、可變光闌、散射介質(zhì)和探測器；

獲取所述寬光譜成像系統(tǒng)的寬譜點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)；

利用所述寬光譜成像系統(tǒng)獲取成像目標(biāo)的寬譜散斑圖像；

對所述寬譜點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)和所述寬譜散斑圖像進(jìn)行互相關(guān)寬譜重構(gòu)，獲得所述成像目標(biāo)的重構(gòu)圖像。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述寬譜光源為寬譜LED光源，譜寬范圍為470-850nm。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述散射介質(zhì)為毛玻璃。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述探測器包括sCMOS相機(jī)，所述sCMOS相機(jī)的像素為2048×2160。