[發(fā)明專利]散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210429477.6
• 申請(qǐng)日: 2022-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN115032175A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金欣;杜東宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國際研究生院
• 主分類號(hào): G01N21/47
• 分類號(hào): G01N21/47;G01N21/41;G06F17/11;G06F17/15;G06F17/18
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

1.一種散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：采用透射式成像模型測(cè)量不同厚度的板狀散射介質(zhì)的時(shí)域響應(yīng)曲線；

S2：將采集的時(shí)域響應(yīng)曲線進(jìn)行歸一化處理以規(guī)避光源功率對(duì)時(shí)域響應(yīng)曲線強(qiáng)度的影響；

S3：設(shè)計(jì)以時(shí)域響應(yīng)曲線偏移量和散射介質(zhì)的約化散射系數(shù)及吸收系數(shù)為優(yōu)化參量，時(shí)域響應(yīng)測(cè)量值為參考量的優(yōu)化估計(jì)框架；

S4：依據(jù)散射介質(zhì)的材質(zhì)設(shè)定散射介質(zhì)的折射率取值網(wǎng)格，約化散射系數(shù)和吸收系數(shù)的初始化取值網(wǎng)格；

S5：將所設(shè)參數(shù)傳入優(yōu)化估計(jì)框架進(jìn)行優(yōu)化求解，計(jì)算所求的擬合時(shí)域響應(yīng)與測(cè)量時(shí)域響應(yīng)之間的均方誤差；

S6：選取均方誤差最小時(shí)的折射率值和約化散射系數(shù)及吸收系數(shù)的優(yōu)化結(jié)果為散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)值；

S7：以均方誤差為標(biāo)準(zhǔn)，選取以約化散射系數(shù)及吸收系數(shù)的最優(yōu)參數(shù)為中心的置信度區(qū)間，生成最終的估計(jì)區(qū)間。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中，所述透射式成像模型是指用于向場(chǎng)景提供光子的脈沖光源和超快探測(cè)器位于散射介質(zhì)的兩側(cè)所構(gòu)成的成像系統(tǒng)；所述脈沖光源是指能夠發(fā)射超短脈沖信號(hào)的光源；所述超快探測(cè)器用來記錄場(chǎng)景中光子的飛行時(shí)間信息；所述時(shí)域響應(yīng)曲線是指當(dāng)脈沖光源向場(chǎng)景中發(fā)射短脈沖的光信號(hào)時(shí)，由超快探測(cè)器采集到的光子強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2中，所述歸一化處理是指將曲線中各點(diǎn)強(qiáng)度除以曲線中強(qiáng)度的最大值，以使處理后曲線的強(qiáng)度最大值為1。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中，優(yōu)化估計(jì)框架采用如下公式：

上式中，k表示采集了k個(gè)不同厚度板狀散射介質(zhì)的時(shí)域響應(yīng)曲線，i表示當(dāng)前求和索引，μ′_s，μ_a分別表示散射介質(zhì)的約化散射系數(shù)和吸收系數(shù)，μ′_s0，μ_a0分別為設(shè)定的散射介質(zhì)的約化散射系數(shù)初值和吸收系數(shù)初值，o₁，...o_k表示k條時(shí)域響應(yīng)曲線所對(duì)應(yīng)的k個(gè)偏移量，d表示散射介質(zhì)的厚度，表示在厚度為d_i的散射介質(zhì)下采集并經(jīng)偏移預(yù)處理后的關(guān)于時(shí)間的時(shí)域響應(yīng)測(cè)量值，n₀為設(shè)定的散射介質(zhì)的折射率初值，φ(t，d_i，n₀，μ′_s0，μ_a0，o_i0)為在厚度為d_i，折射率為n₀，約化散射系數(shù)為μ′_s0，吸收系數(shù)為μ_a0的散射介質(zhì)下經(jīng)偏移o_i0后所得的理論時(shí)域響應(yīng)值。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對(duì)采集的原始時(shí)域響應(yīng)曲線進(jìn)行偏移預(yù)處理后得到所述優(yōu)化估計(jì)框架中的偏移預(yù)處理步驟包括：

S31：測(cè)量激光器與探測(cè)器之間的距離，將距離除以光速，計(jì)算出需要位移的時(shí)域點(diǎn)數(shù)，并對(duì)采集的原始時(shí)域響應(yīng)曲線進(jìn)行位移操作得到

S32：將S31中所得的時(shí)域響應(yīng)曲線位移與其對(duì)應(yīng)的散射介質(zhì)厚度除以光速的時(shí)域點(diǎn)數(shù)得到

S33：計(jì)算不同厚度下，散射介質(zhì)折射率、約化散射系數(shù)和吸收系數(shù)為初值條件下的理論時(shí)域響應(yīng)φ(t，d_i，n₀，μ′_s0，μ_a0)的峰值，將S32中所得的時(shí)域響應(yīng)曲線進(jìn)行位移操作，使其峰值與φ(t，d_i，n₀，μ′_s0，μ_a0)的峰值對(duì)齊，最終得到

6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，理論時(shí)域響應(yīng)值的計(jì)算函數(shù)φ(·)為可描述光在散射介質(zhì)中擴(kuò)散的空時(shí)行為的函數(shù)模型，其為如下之一：擴(kuò)散方程、輻射傳輸方程在板狀散射介質(zhì)中的解析解。