[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(guó)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

本發(fā)明公開一種散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)方法及裝置，包括：采用透射式成像模型測(cè)量時(shí)域響應(yīng)曲線；將采集的時(shí)域響應(yīng)曲線進(jìn)行歸一化處理；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；依據(jù)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；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)算均方誤差；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；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。本發(fā)明可以估計(jì)散射介質(zhì)的多種物理特性，提供的估計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確度更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)成像學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)方法及裝置。

背景技術(shù)

散射介質(zhì)廣泛存在于自然界中，如濃煙、霧霾、渾濁水體和生物組織等，其物理特性如散射特性、吸收特性和折射特性也具有多樣性的特點(diǎn)。對(duì)散射介質(zhì)物理特性的分析有助于科研人員探究光散射現(xiàn)象的物理機(jī)理，進(jìn)而有針對(duì)性地設(shè)計(jì)不同散射場(chǎng)景下的散射成像方法，從而突破散射介質(zhì)障礙，實(shí)現(xiàn)對(duì)散射場(chǎng)景中的目標(biāo)物體進(jìn)行成像。然而，由于散射介質(zhì)的物理特性種類繁多，對(duì)各項(xiàng)特性進(jìn)行精確估計(jì)還面臨著重大挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有對(duì)散射介質(zhì)物理特性的估計(jì)方法主要是依據(jù)比爾-朗伯定理進(jìn)行的功率測(cè)定法。首先測(cè)定激光器的初始功率，然后測(cè)定激光通過散射介質(zhì)后的輸出功率，通過計(jì)算兩個(gè)功率之比的對(duì)數(shù)函數(shù)得到散射介質(zhì)的衰減系數(shù)，這種測(cè)量方式簡(jiǎn)單方便，但其準(zhǔn)確率不高，且準(zhǔn)確率的提升依賴于實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)，此外，衰減系數(shù)是一個(gè)包含了散射系數(shù)和吸收系數(shù)的綜合性參數(shù)，該方法無法直接估計(jì)這兩種參數(shù)的具體值。

發(fā)明內(nèi)容

為了彌補(bǔ)上述背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)方法及裝置，以解決現(xiàn)有對(duì)散射介質(zhì)物理特性的估計(jì)方法準(zhǔn)確率低、無法直接估計(jì)多種物理特性的問題。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種散射介質(zhì)的物理特性估計(jì)方法，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。

在一些實(shí)施例中，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。

在一些實(shí)施例中，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。

在一些實(shí)施例中，步驟S3中，優(yōu)化估計(jì)框架采用如下公式：