一种基于偏振关联成像的单像素成像系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于偏振关联成像的单像素成像系统，包括：光源、调制器、起偏器、透镜、检偏器、滤波片、单点光强探测器和同步控制与数据采集模块。发射端由光源入射在调制器上，产生光强分布随机涨落的光场，通过起偏器调制出射光的偏振，并发射至探测目标处；接收端由透镜汇聚目标物体反射回来的光，并通过检偏器和滤波片汇聚于单点光强探测器；同步模块和数据采集模块对发射端和接收端同步控制，并进行数据采集与关联算法解算。本发明利用光的偏振信息与强度关联实现目标的检测识别与成像，提高了传统关联成像的目标检测识别率和成像对比度，具有抗复杂背景干扰强等优势。
【专利说明】一种基于偏振关联成像的单像素成像系统【技术领域】
[0001]本发明涉及目标检测识别与成像领域，尤其涉及一种基于偏振关联成像的单像素成像系统。
【背景技术】
[0002]目标检测识别与成像在诸如军事探测、智能监控、生物医学等各个方面都有着重要的应用。关联成像，或称鬼成像，作为一种新兴的成像手段，近年来得到了长足的发展。相比于传统成像，它具有单像素成像，无需空间阵列探测器，抗散射介质干扰能力强，提高成像分辨率等优势，在实际应用中发挥越来越重要的功用。然而传统的关联成像接收目标和背景反射的总光强进行关联恢复。当目标处于复杂而又宽广的背景下时，背景光强对目标光强干扰很大，甚至淹没了目标信息。另一方面当同一探测下不同目标反射光强能力不同，反射光强的涨落由反射能力强的目标所主导。在这些情况下传统的关联成像很难恢复出目标信息。
[0003]偏振作为光的另一个重要特性，由于不易被人眼所直接感知，在传统的检测或成像方法中容易被忽略。然而在实际应用中需要探测的目标在物质组成成分、表面粗糙度，含水量等各方面都与背景不尽相同。使得各自的偏振信息有较大的差别，所以可以利用偏振信息提高检查与识别目标能力。基于偏振的探测及成像方式获得了迅速的发展，应用范围不断扩大，成为信息获取领域中的热点。
[0004]因此，为了加入偏振信息，与关联成像相结合，本领域的技术人员致力于设计一种基于偏振关联成像的单 像素成像系统，无需空间阵列探测器，能够提高传统关联成像目标检测识别率以及成像分辨率，抗散射介质和复杂背景干扰能力强。这种技术在军事侦查，探测，遥感等领域中都有着重要的意义。
【发明内容】
[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高传统关联成像目标检测识别率以及成像分辨率，抗散射介质和复杂背景干扰能力强的成像系统。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种基于偏振关联成像的单像素成像系统，包括:光源、调制器、起偏器、透镜、检偏器、滤波片、单点光强探测器和同步控制与数据采集模块，光源入射至调制器，产生光强分布随机涨落的光场；起偏器调制出射光的偏振，并发射至目标物体处；透镜汇聚目标物体的反射光，再经检偏器调制反射光的偏振，再经滤波片后，由单点光强探测器探测反射光的光强值；同步控制与数据采集模块对调制器和单点探测器进行同步控制，并进行数据采集与关联算法解算，实现目标的检测识别与成像。
[0007]进一步地，光源为单色连续或脉冲激光器、单色LED，普通光源(甚至日光)聚束后通过滤波片选取窄带波长作为光源亦可。
[0008]进一步地，调制器采用空间光调制器(SLM)或数字微镜阵列(DMD)。[0009]进一步地，起偏器采用线性偏振片产生线偏光，当需要产生圆偏光或者椭圆偏振光时需要线性偏振片加上四分之一波片或线性偏振片加半波片加四分之一波片，或者其它具有偏振效果的棱镜组合(例如，格兰泰勒棱镜)。检偏器采用与起偏器相同的线性偏振片或线性偏振片加四分之一波片或线性偏振片加半波片加四分之一波片或其它棱镜组合(例如，格兰泰勒棱镜)。
[0010]进一步地，透镜采用凸透镜或凹透镜。
[0011 ] 进一步地，滤波片是与光源的波长对应的窄带滤波片。
[0012]进一步地，单点光强探测器采用光电二极管或光电倍增管(PMT)。
[0013]进一步地，成像系统进行多次测量叠加，把得到的光强值和光源的调制信息做相应的关联运算得出物体成像，具体按照以下公式(I)计算:
[0014]G (x, y) =< (Si^Si)) (Pi (x, y) ^Pi (x, y) ? > (I)
[0015]其中，G (x，y)为目标物体的像，N为测量次数，
【权利要求】
1.一种基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，包括:光源、调制器、起偏器、透镜、检偏器、滤波片、单点光强探测器和同步控制与数据采集模块，所述光源入射至所述调制器，产生光强分布随机涨落的光场；所述起偏器调制出射光的偏振，并发射至目标物体处；所述透镜汇聚所述目标物体的反射光，再经所述检偏器调制反射光的偏振，再经所述滤波片后，由所述单点光强探测器探测所述反射光的光强值；所述同步控制与数据采集模块对所述调制器和所述单点探测器进行同步控制。
2.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述光源采用单色激光器或单色LED。
3.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述调制器采用空间光调制器或数字微镜阵列。
4.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述起偏器采用与所述光源的波长对应的线性偏振片或所述线性偏振片加四分之一波片或所述线性偏振片加半波片加所述四分之一波片；所述检偏器采用与所述起偏器相同的所述线性偏振片或所述线性偏振片加所述四分之一波片或所述线性偏振片加所述半波片加所述四分之一波片。
5.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述透镜采用凹透镜或凸透镜。
6.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述滤波片是与所述光源的波长对应的窄带滤波片。
7.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述单点光强探测器采用光电二极管或光电倍增管。
8.如权利要求1所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述系统进行多次测量叠加，把得到的所述光强值和经所述调制器产生的光场做关联运算得出物体成像。
9.如权利要求1-8任一项所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述同步控制与数据采集模块采用数据采集卡，并通过物理连线分别与所述调制器及所述单点光强探测器连接进行数据采集。
10.如权利要求1-8任一项所述的基于偏振关联成像的单像素成像系统，其特征在于，所述同步控制与数据采集模块采用算法同步方式，所述调制器与所述单点光强探测器相互独立，采用所述单点光强探测器的探测速率大于所述调制器的调制速率的方式进行所述光强值采集，再进行解同步操作。
【文档编号】G01S17/89GK103777206SQ201410036686
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】朱泳超, 石剑虹, 曾贵华 申请人:上海交通大学