[發明專利]基于Richardson–Lucy反卷積的穿透散射介質高分辨率成像方法

在審

• 申請號: 202110259653.1
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113049098A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 張子靜;李家歡;趙遠;孫懌飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

基于Richardson–Lucy反卷積的穿透散射介質高分辨率成像方法，屬于激光穿透散射介質成像技術領域，本發明為解決基于時間門控的彈道成像方法輸出圖像分辨低的問題。本發明該方法包括步驟：步驟一、利用APD陣列探測器采集受散射干擾的目標表面反射的激光信號；步驟二、利用時間門保留激光信號中的彈道光子和蛇形光子；步驟三、采用Richardson–Lucy反卷積估計每個通道的沒有展寬的光子時間分布；步驟四、迭代收斂后，根據步驟三估計的光子時間分布截取各個通道上光子數峰值作為該通道的有效光子數；步驟五、根據各個通道的有效光子數重新構建彈道光圖像。

技術領域

本發明屬于激光穿透散射介質成像技術領域。

背景技術

穿透散射介質成像是現代光學的基本問題之一，對科學和技術領域都具有重要的意義，特別是在生物醫學成像、水下探測成像、穿透云霧成像等方面。穿透散射介質成像的基本原理為：光子在散射介質中傳播可以分為沒有經過散射的彈道光子、較少散射干擾的蛇形光子和漫射光子，現有技術中通常采用時間門技術將用于成像的彈道光子、蛇形光子與漫射光子相分離，時間門技術依據光子經過散射介質后到達探測器的時間不同加以區分，彈道和蛇形光子到達的時間早，而漫射光子到達的時間晚。經過時間門后去掉不利于成像的漫射光子，使目標在探測器上成像，但基于時間門控成像的精度不高，分辯率比較低，主要是因為，經過時間門成像不但包括未被散射干擾彈道光子的圖像，而且同時包含了受到較少散射干擾的蛇形光子的圖像，由于蛇形光子在時間分布上有一定的展寬，蛇形光子成像空間分辨率較低，使得最終圖像相對模糊。

發明內容

本發明目的是為了解決基于時間門控的彈道成像方法輸出圖像分辨低的問題，提供了一種基于Richardson–Lucy反卷積的穿透散射介質高分辨率成像方法。

本發明所述基于Richardson–Lucy反卷積的穿透散射介質高分辨率成像方法，該方法包括步驟：

步驟一、利用APD陣列探測器采集受散射干擾的目標表面反射的激光信號；

步驟二、利用時間門保留激光信號中的彈道光子和蛇形光子；

步驟三、采用Richardson–Lucy反卷積估計每個通道的沒有展寬的光子時間分布；

步驟四、迭代收斂后，根據步驟三估計的光子時間分布截取各個通道上光子數峰值作為該通道的有效光子數；

步驟五、根據各個通道的有效光子數重新構建彈道光圖像。

優選地，APD陣列探測器具有m×n個通道。

優選地，APD陣列探測器采集到的任一單個通道上光子時間分布為h_i i＝1,2,...,m×n。

優選地，步驟三采用Richardson–Lucy反卷積估計每個通道的沒有展寬的光子時間分布

式中：

h表示時間門提供的標準光子時間分布；

g_i表示經過時間門后形成的彈道光圖像中第i個通道上的光子分布；

表示第i個通道的第k-1次迭代結果，表示第i個通道的第k次迭代結果，第i個通道的迭代初始值為任意猜想光子時間分布；

*分別為相關和卷積。

優選地，迭代次數k＝10～20。

優選地，迭代次數k＝15。

優選地，還包括以下步驟：

步驟六、將連續多幀彈道光圖像疊加獲取目標圖像。

優選地，m×n＝32×32。