基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统、方法和介质

本发明属于新型光学成像，尤其涉及基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统、方法和介质。

背景技术：

1、在传统计算鬼成像中，光强收集范围包含了整个桶探测器所能观测到的空间，背景信息和目标信息杂糅在同一个光强值内。当目标与背景的反射率相同或者目标处于复杂的大场景中时，背景对目标的干扰较大，难于将目标与背景区分，增加了重建图像的难度。

2、现有的超表面技术由于制造工艺的限制，无法制造大尺寸的超构透镜以实现大场景长焦距的成像。

3、因此，如何提高鬼成像在复杂场景中对于目标的识别能力，以及如何结合多焦点超构透镜，缩减偏振成像所需的较长采样时间，成为当今社会的一大难题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统、方法和介质，使用偏振成像提高鬼成像在复杂场景中对于目标的识别能力，结合多焦点超构透镜，缩减偏振成像所需的较长采样时间，并且合理利用单次鬼成像只需采集单个光强值的优势，避免超构透镜无法大面阵成像的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供了基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统，包括：激光器、偏振成像模块和光束分析模块；

3、所述激光器用于发射光束；

4、所述偏振成像模块对所述光束进行偏振成像处理，生成目标图像；

5、所述光束分析模块用于计算偏振成像处理过程中的光束信息。

6、可选的，所述偏振成像模块包括：鲍威尔棱镜组、准直透镜、目标反射镜、数字微镜、超构透镜和四象限探测器；

7、所述光束通过所述鲍威尔棱镜组，生成矩形光斑，完整覆盖所述准直透镜，所述准直透镜将所述矩形光斑射入所述目标反射镜，生成带有目标信息的所述矩形光斑，所述目标反射镜将带有目标信息的所述矩形光斑反射至所述数字微镜，生成傅里叶散斑，所述数字微镜将所述傅里叶散斑射入所述超构透镜，经过所述超构透镜将所述傅里叶散斑聚合成目标光斑，并射入所述四象限探测器。

8、可选的，所述鲍威尔棱镜组包括：第一鲍威尔棱镜和第二鲍威尔棱镜；

9、所述第一鲍威尔棱镜用于将圆形光束变形为一字线形光斑；

10、所述第二鲍威尔棱镜用于将所述一字线形光斑变形为矩形光斑。

11、本发明还提供了基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，包括：

12、激光器产生第一光束，经过鲍威尔棱镜组、准直透镜，获得第二光束；

13、将所述第二光束反射到数字微镜，获得傅里叶散斑；

14、所述第二光束和傅里叶散斑反应后的第三光束经过超构透镜、四象限探测器，获得目标图像。

15、可选的，获得所述第二光束包括：

16、所述第一光束经过第一鲍威尔棱镜，生成一字线形光斑；

17、所述一字线形光斑经过所述第二鲍威尔棱镜，生成矩形光斑；

18、所述矩形光斑经过所述准直透镜，生成所述第二光束。

19、可选的，获取所述傅里叶散斑包括：所述数字微镜根据基底图案数学模型，生成四步相移法的所述傅里叶散斑；

20、所述基底图案数学模型为：

21、

22、其中，为不同空间频率的散斑相位分布，a为平均强度，b为调制深度，x、y为目标物体的空间坐标，fx、fy为空间频率，分别对应x,y两个方向，是初相位，π为圆周率。

23、可选的，所述第二光束和傅里叶散斑反应后的第三光束经过超构透镜、四象限探测器，获得目标图像包括：

24、所述傅里叶散斑经过所述超构透镜，获得预设种偏振态信息光束；

25、所述预设种偏振态信息光束聚焦到所述四象限探测器，获得对应的预设数量的光强强度值；

26、基于所述预设数量的光强强度值，结合线偏振度法，获得目标图像。

27、可选的，所述预设种偏振态信息光束包括：水平偏振、45°偏振、竖直偏振和135°偏振态信息光束。

28、可选的，获得对应的预设数量的光强强度值包括：

29、根据所述四象限探测器，获取对应的预设数量的强度值；

30、基于所述预设数量的强度值，获得对应的预设数量的光强强度值。

31、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储支持处理器执行所述偏振鬼成像方法的程序，所述处理器用于执行所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法。

32、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

33、本发明使用傅里叶散斑将对目标的关联计算投射到频域内，可以以较低的采样率提取目标的多维信息，并提高成像质量；

34、偏振是光波都具有的基本信息，本发明利用偏振信息增加鬼成像的目标识别能力，在保证器件均依据波段所设计的前提下，同样可用于非可见光波段的成像；

35、本发明使用鲍威尔棱镜组提高光源利用率，并使用超构透镜实现偏振片、分束镜、聚焦透镜的功能，具有高集成度、高成像效率。

技术特征：

1.基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统，其特征在于，包括：激光器、偏振成像模块和光束分析模块；

2.根据权利要求1所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统，其特征在于，所述偏振成像模块包括：鲍威尔棱镜组、准直透镜、目标反射镜、数字微镜、超构透镜和四象限探测器；

3.根据权利要求2所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统，其特征在于，所述鲍威尔棱镜组包括：第一鲍威尔棱镜和第二鲍威尔棱镜；

4.基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，其特征在于，获得所述第二光束包括：

6.根据权利要求4所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，其特征在于，获取所述傅里叶散斑包括：所述数字微镜根据基底图案数学模型，生成四步相移法的所述傅里叶散斑；

7.根据权利要求4所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，其特征在于，所述第二光束和傅里叶散斑反应后的第三光束经过超构透镜、四象限探测器，获得目标图像包括：

8.根据权利要求7所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，其特征在于，所述预设种偏振态信息光束包括：水平偏振、45°偏振、竖直偏振和135°偏振态信息光束。

9.根据权利要求8所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法，其特征在于，获得对应的预设数量的光强强度值包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储支持处理器执行所述偏振鬼成像方法的程序，所述处理器用于执行根据权利要求4-9中所述的基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像方法。

技术总结
本发明公开了基于多焦点超构透镜的分焦偏振鬼成像系统、方法和介质，成像方法包括：激光器产生第一光束，经过鲍威尔棱镜组、准直透镜，获得第二光束；将所述第二光束反射到数字微镜，获得傅里叶散斑；所述第二光束和傅里叶散斑反应后的第三光束经过超构透镜、四象限探测器，获得目标图像。本发明使用鲍威尔棱镜组提高光源利用率，并使用超构透镜实现偏振片、分束镜、聚焦透镜的功能，具有高集成度、高成像效率。

技术研发人员：郝群,陈思阳,曹杰,夏悦然
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17