[發明專利]環形掩膜版、光場調控方法、單像素成像方法及系統

有效

• 申請號: 202110250723.7
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113033723B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 孫寶清;焦俊鵬;蔣文杰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06V10/88
• 分類號: G06V10/88;G03F1/54
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本發明屬于光場調控領域，提供了一種環形掩膜版、光場調控方法、單像素成像方法及系統。其中，所述環形掩膜版的形狀為環形；所述環形掩膜版上覆蓋有掩膜版圖案，所述掩膜版圖案由透光區和不透光區構成。本發明的環形掩膜版造價成本低，且具有標志識別區，能夠通過標記位的方式準確地確定掩膜版方位，進而提高了調制精度。

技術領域

本發明屬于光場調控領域，尤其涉及一種環形掩膜版、光場調控方法、單像素成像方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

光場調控技術在許多方面(如計算成像等)有重要應用。一般光場調控技術通過空間光調制器進行，通過空間光調制器上的陣列調制單元對不同位置的光的振幅或相位進行調制。通過程序控制調制器實現不同的調制圖案。

單像素成像，又稱關聯成像、計算鬼成像等，是一種基于光場調控及單像素探測器光強探測的成像技術。成像過程中，使用空間光調制器產生對光的空間分布的調制效果。調制一般是對光的強度的空間分布進行調制，又可分為主動光場調制及被動光場調制。主動光場調制是指采用主動照明光源，將光照射到空間光調制器上。空間光調制器對照明光的強度的空間分布進行調制。然后通過投影鏡頭，帶有空間結構的照明圖案被投影到物體上去。上述過程可理解為投影儀的工作原理。在探測端，物體在結構光照明下的強度由一個只能探測強度的單像素探測器探測。被動調制是指，物體在背景光照明下，通過一個成像鏡頭成像到像平面上。空間光調制器件放置于像平面上，即物體與空間光調制器處于成像鏡頭的物、像平面上。空間光調制器對物體的圖像進行空間上的強度調制。經過調制的物體圖像被一個只能探測強度的單像素探測器探測。

關于空間光調制器，目前主要使用的是液晶型空間光調制器(LcSLM)，以及數字金屬微鏡陣列(DMD)。另外，還有采用旋轉毛玻璃產生散斑的方式進行主動光場調制單像素成像。但是一般認為，采用散斑的單像素成像信噪比比較差。在所有調制器方案中，DMD的性能最佳，被廣泛使用。特別指出，散斑是灰度圖案，而DMD調制一般產生二值黑白圖案(0，1圖案)。DMD的優點包括：能產生襯比度較高的黑白結構光照明，同時調制速度快。普通商用DMD最快可實現22KHz二值調制。

但是，目前采用DMD調制的單像素成像系統依然存在一個比較嚴重的問題，即成像速度較慢。這個問題的原因可以理解如下。單像素成像的過程是一個迭代過程，需要通過許多副不同結構的光場調控及其相應的單像素探測信號實現圖像信息采集，進而實現重構。不同結構的光場調控通過DMD的刷新來實現。假設重構圖像分辨率為N，以全采樣為例(即采樣次數等于圖像分辨率)。圖像重構需要進行N次采集。以目前最快的DMD為例，實現一副圖片的成像需要N/22K秒的采樣時間。對于一副32像素*32像素的圖像，成像至少需要約0.05秒。隨著圖像分辨率的增加，成像速度會降低。對于一副64像素*64像素的圖像，成像至少需要約0.2秒。為了提升成像速度，人們可以采用壓縮感知一定程度上降低采樣次數，但不能從根本上解決這個成像分辨率與速度之間相互制約的問題。另外，采用DMD還有另外一個比較突出的技術問題。DMD窗口的工作譜段一般集中在可見光波段，對可見光之外的波段的透過率非常低。因此，基于DMD的單像素成像在寬譜段成像中受到局限。目前主要使用的是液晶型空間光調制器(LcSLM)，以及數字金屬微鏡陣列(DMD)。發明人發現，采用上述調制器存在以下問題：1)調制器一般是窄帶寬響應，即只對一定波長的光起作用，從而影響光場調制效果；2)價格昂貴且刷新速度有限。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題，本發明提供一種環形掩膜版、光場調控方法、單像素成像方法及系統，其具有較寬的光譜響應能力且造價成本低。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面提供一種環形掩膜版。

一種環形掩膜版，其形狀為環形；所述環形掩膜版上覆蓋有掩膜版圖案，所述掩膜版圖案由透光區和不透光區構成。