[發明專利]基于參考光路總強度排序的鬼成像優化方法

在審

• 申請號: 202210701717.3
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115097414A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 王肖霞;楊風暴;習江濤
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G01S7/4913;G01S17/89;G01J1/02;G01J1/18;G06T11/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明涉及鬼成像探測數據的優化，具體為基于參考光路總強度排序的鬼成像優化方法，其利用散斑圖案的統計特性和總強度，根據散斑圖案總強度對原始散斑序列進行排序。通過篩選器將新的散斑序列劃分為子集，以進一步分析散斑數據各部分的有效特性。數值仿真結果表明:總采樣次數為3000次、劃分比例為2:1:2時，所提方法與桶探測器值排序方法相比，對比度/均方誤差均有所提升，驗證了0.85采樣率篩選散斑的有效性性。同時，對于“知”目標圖像，相同比例下本文方法在對比度和均方誤差方面相較傳統排序方法均有所提升。因此，本所提方法可推廣于目前所有的關聯算法。并且還提出了一種聯合篩選方法，為今后進一步研究奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及鬼成像散斑圖案的篩選，具體為基于參考光路總強度排序的鬼成像優化方法。

背景技術

鬼成像作為一種新穎的光學成像方式，由于其具有獨特的反直覺特性可實現對未知目標物體的間接重構，從而引起了相關學者的高度關注。相比于傳統的CCD成像方式，鬼成像主要是通過對參考光路的散斑圖案與物體光路所透射(或反射)的總光強值進行關聯運算，以獲得目標物體的重構鬼像，在夜間城市安防、超低輻射CT醫學影像等受限于陣列式響應極限無法直接利用CCD進行探測的領域具有重要的應用價值。實際上，鬼成像的基本原理是：利用具有差異特性的序列散斑圖案與物體所透射(或反射)的總光強值來實現對目標物體各像素點信息的反演，且隨著序列散斑圖案的數量增加鬼像的重構效果越好。然而，當通過增大散斑圖案數量來提升重構效果時，勢必會涉及到大量數據間的測量和運算，這使得成像時間大幅增加，嚴重制約了鬼成像的實用化進程。

為了減少鬼成像探測系統中測量次數和運算時間，近年來有研究學者提出通過減小散斑圖案間冗余來提升鬼像質量，如利用正交化散斑圖案(如Hadamard等)對目標物體進行照射，進而獲得關聯鬼像，該方法可在全采樣情況下實現對目標物體的完全重構，但隨著測量數據的減少鬼像會出現嚴重失真，即無法在欠采樣情況下獲得高質量鬼像；課題組人員針對欠采樣情況下鬼像質量差的問題，提出了基于正交化正弦散斑圖案的鬼成像優化方法。然而，在實際探測過程中，由于受探測空間、環境及超低輻射調制器等的限制或影響，散斑圖案常常是隨機的而非正交的，這使得上述基于正交思想的鬼成像質量提升方法并無法直接應用于非正交環境。因此，如何減小參與關聯的隨機散斑圖案數量、提升鬼像質量成為目前研究的重點。而在研究中發現，將相鄰散斑圖進行疊加可有效降低數據間冗余，并提出了基于多散斑圖案組合-調制的鬼成像優化方法。該方法主要是通過將多個散斑圖案進行排序和組合的方式來提高散斑圖案間差異顯著性，從而降低散斑圖案間的冗余度，并利用桶探測器值的調制來實現鬼像質量的提升。

實質上，在鬼成像探測過程中各散斑圖案對鬼成像結果的影響是不同的，如果采用傳統的成像方式，將所有數據都參與運算而不區分這些散斑圖案對成像效果的影響程度，勢必會抑制鬼像質量的提升。因此，有研究學者提出在進行關聯成像前對測量數據進行合理篩選，如吳令安等以桶探測器值的均值為篩選依據，通過刪除均值附近的測量數據來減少大冗余數據對成像結果的影響程度，從而降低參與運算的數據量。該方法說明依據桶探測器值均值篩選后的散斑圖案間的差異性更大。理論上來說，在利用散斑圖案照射目標物體時，物體的平均透射(或反射)率可看作一個衰減系數，即桶探測器值為散斑圖案與物體平均透射(或反射)率乘積。然而，目標物體各點透射(或反射)率是不同的，這使得在利用大差異散斑圖案照射目標物體時，可能會存在桶探測器值相同或差異不大的情況存在。如果不區分散斑圖案間差異，直接依據桶探測器值進行數據的篩選，勢必會造成大差異散斑圖案的刪除，這與鬼成像中要求的大差異散斑圖案的需求是相悖的。此外，由于目標物體的平均透射(或反射)率小于1，所以桶探測器值總光強值的變化量相當于散斑圖案總光強值變化量的衰減，兩者變化量如圖1所示。可見，依據散斑圖案進行數據的篩選較桶探測器值更具優勢。

發明內容