主动照明先调制鬼成像系统的制作方法

本实用新型涉及光学成像技术领域，特别涉及一种主动照明先调制鬼成像系统。

背景技术：

鬼成像是一种新型成像技术，通过关联算法或压缩感知等方法复原出物体的像。相比与传统成像方式，鬼成像具有强抗干扰特性、高灵敏探测特性、广视角成像特性等，已经在天文观测、遥感成像、军事侦查、医疗成像等领域展现出极大地应用潜能。

现有的鬼成像方式中，探测器探测到的近处物体的回波能量与远处物体的回波能量差异过大，当探测到远处物体的回波能量时，探测到的近处物体的回波能量可能已经饱和，甚至探测器已被打坏。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有的鬼成像方式中，探测器探测到的近处物体的回波能量与远处物体的回波能量差异过大的问题，提供一种主动照明先调制鬼成像系统。

一种主动照明先调制鬼成像系统，包括：

光源模块，用于发射激光光束；

空间光调制模块，设置于从所述光源模块出射光线的光路上，用于对所述激光光束进行空间强度调制，形成调制光束；

发射镜头，设置于从所述空间光调制模块出射光线的光路上，用于接收所述调制光束，还用于将所述调制光束投射至待测物体；

接收镜头，用于接收所述待测物体反射的反射光束；

探测模块，包括预设面积的感光单元，所述探测模块设置于所述接收镜头的焦平面上或所述接收镜头与所述焦平面之间，用于对所述反射光束的强度进行探测，得到回波能量信号；

所述探测模块还用于减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，第一回波能量信号为位于所述接收镜头预设距离内的待测物体的回波能量信号，第二回波能量信号为位于所述接收镜头预设距离外的待测物体的回波能量信号；

计算模块，与所述探测模块电连接，所述计算模块用于接收所述回波能量信号，并基于所述回波能量信号获得所述待测物体的图像。

上述的主动照明先调制鬼成像系统，将具有预设面积的感光单元的探测模块设置于接收镜头的焦平面上或接收镜头与焦平面之间，探测模块能够探测到位于接收镜头预设距离外的待测物体的大部分回波能量，即第二回波能量信号，探测模块只能探测到位于接收镜头预设距离内的待测物体的小部分回波能量，即第一回波能量信号，因而能够减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，从而当探测模块能够探测到远处物体的回波能量时，即能够探测到第二回波能量信号时，探测模块探测到近处物体的回波能量不至于饱和，能够防止探测模块被打坏。

在其中一个实施例中，所述预设面积为其中，ω为所述接收镜头的视场角，f为所述接收镜头的等效焦距。

在其中一个实施例中，所述光源模块包括：

激光器，用于发射激光光束；及

透镜单元，设置于所述激光光束的光路上，用于对所述激光光束进行整形和准直处理。

在其中一个实施例中，所述空间光调制模块包括数字微镜阵列，所述数字微镜阵列设置于从所述光源模块出射光线的光路上，用于对所述激光光束进行空间强度调制，形成所述调制光束。

在其中一个实施例中，所述空间光调制模块包括吸收型调制器，所述吸收型调制器设置于从所述光源模块出射光线的光路上，用于对所述激光光束进行空间强度调制，形成所述调制光束，其中所述吸收型调制器包括超导材料模块。

在其中一个实施例中，所述发射镜头包括第一单透镜，所述第一单透镜用于接收所述调制光束，还用于将所述调制光束投射至待测物体；或者

所述发射镜头包括第一胶合透镜，所述第一胶合透镜用于接收所述调制光束，还用于将所述调制光束投射至待测物体；或者

所述发射镜头包括第一镜头组，所述第一镜头组包括多个镜头，所述第一镜头组用于接收所述调制光束，还用于将所述调制光束投射至待测物体。

在其中一个实施例中，所述接收镜头包括第二单透镜，所述第二单透镜用于接收所述待测物体反射的反射光束；或者

所述接收镜头包括第二胶合透镜，所述第二胶合透镜用于接收所述待测物体反射的反射光束；或者

所述接收镜头包括第二镜头组，所述第二镜头组包括多个镜头，所述第二镜头组用于接收所述待测物体反射的反射光束。

在其中一个实施例中，所述计算模块包括信号处理单元及控制单元；

所述信号处理单元与所述探测模块电连接，用于接收所述回波能量信号，并控制所述控制单元发出调制信号；

所述控制单元与所述空间光调制模块电连接，用于根据所述调制信号对所述空间光调制模块进行控制；

所述信号处理单元还用于根据所述调制信号及所述回波能量信号进行计算，获得所述待测物体的图像。

在其中一个实施例中，所述探测模块为雪崩光电二极管、电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体和多像素光子计数器中的一种。

在其中一个实施例中，所述探测模块包括滤波器，所述滤波器用于对所述回波能量信号进行滤波处理，并将滤波后的所述回波能量信号传输至所述计算模块。

附图说明

图1为本申请提供的一个实施例中主动照明先调制鬼成像系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一个实施例中主动照明先调制鬼成像系统的结构示意图；

图3为本申请提供的一个实施例中主动照明先调制鬼成像系统的结构示意图；

图4为本申请提供的一个实施例中主动照明先调制鬼成像系统的结构示意图；

图5为本申请提供的一个实施例中第一待测物体、第二待测物体、接收镜头和探测模块的位置示意图；

图6为本申请提供的一个实施例中主动照明先调制鬼成像系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请参阅图1，本申请实施例提供一种主动照明先调制鬼成像系统，包括光源模块10、空间光调制模块20、发射镜头30、接收镜头40、探测模块50及计算模块60。光源模块10用于发射激光光束。空间光调制模块20设置于从光源模块10出射光线的光路上，用于对激光光束进行空间强度调制，形成调制光束。发射镜头30设置于从空间光调制模块20出射光线的光路上，用于接收调制光束，还用于将调制光束投射至待测物体100。接收镜头40用于接收待测物体100反射的反射光束。探测模块50包括预设面积的感光单元，探测模块50设置于接收镜头40的焦平面上或接收镜头40与焦平面之间，用于对反射光束的强度进行探测，得到回波能量信号。探测模块50还用于减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，第一回波能量信号为位于接收镜头40预设距离内的待测物体的回波能量信号，第二回波能量信号为位于接收镜头40预设距离外的待测物体的回波能量信号。计算模块60与探测模块50电连接，计算模块60用于接收回波能量信号，并基于回波能量信号获得待测物体100的图像。

待测物体100包括第一待测物体101和第二待测物体102。位于接收镜头40预设距离内的所有待测物体100为第一待测物体101，位于接收镜头40预设距离外的所有待测物体100为第二待测物体102。

在接收镜头40的视场范围内，随着待测物体100逐渐远离接收镜头40，待测物体100的像面逐渐由远向焦平面靠近，并且像的大小逐渐减小，当待测物体100的像位于接收镜头40的焦平面时，待测物体100的像的大小为因此，将具有预设面积的感光单元的探测模块50设置于接收镜头40的焦平面上或接收镜头40与焦平面之间，探测模块50能够探测到由第二待测物体102反射的大部分回波能量，即第二回波能量信号，探测模块50只能探测到由第一待测物体101反射的小部分回波能量，即第一回波能量信号，因而能够减小探测模块50探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，从而当探测模块50能够探测到远处物体的回波能量时，即能够探测到第二回波能量信号时，探测模块50探测到近处物体的回波能量不至于饱和，能够防止探测模块50被打坏。

请参阅图2，在其中一个实施例中，光源模块10包括激光器11及透镜单元12。激光器11用于发射激光光束。透镜单元12设置于激光光束的光路上，用于对激光光束进行整形和准直处理。透镜单元12可以为镜头组件、单一孔径的单透镜、透镜组、多个柱面镜组成或者多个球面镜组成等。由于激光器11发射的激光光束可能比较发散，所以通过所述透镜单元12进行空间整形，能够实现高效准直整形的作用。从而，透镜单元12将整形和准直处理后的所述激光光束投射至待测物体100上。

空间光调制模块20可以在主动控制下，通过空间光调制单元调制光场的某个参量。在其中一个实施例中，空间光调制模块20可以调制光束的振幅，从而将预设信息写入光波，达到光波调制的目的。空间光调制模块20可以设置于从光源模块10出射光线的光路上，并对输入的激光光束进行空间强度调制，形成调制光束。可以理解，本申请对空间光调制模块20中空间光调制设备不作具体限定，只要其可以结合光源模块10可以输出鬼成像所需的调制光束即可。具体地，空间光调制模块20可以为数字微镜阵列21、声光偏转器或者超材料(可以是光操纵超材料)等，空间光调制模块20还可以包括反射式空间光调制器(spatiallightmodulator，slm)或吸收型调制器22。

请参阅图3，在其中一个实施例中，空间光调制模块20包括数字微镜阵列21，数字微镜阵列21设置于从光源模块10出射光线的光路上，用于对激光光束进行空间强度调制，形成调制光束。数字微镜阵列21为一种由多个微米尺寸的铝镜阵列组成的光调制器件，每一个微镜都只具有两个状态——开态和关态(即绕其对角线旋转+12°和-12°)，可以对光进行特定的振幅调制。在本实施例中，从光源模块10出射的激光光束，通过数字微镜阵列21对激光光束进行振幅调制，形成调制光束。在其中一个实施例中，每次测量时可以将数字微镜阵列21上预先设定的微镜翻转+12°，从而将调制后的光旋转24°后反射至发射镜头30。可以理解，数字微镜阵列21具有全数字化和高像质的优点，可以实现对激光光束的精确振幅调制，从而保证鬼成像的成像质量。

请参阅图4，在其中一个实施例中，空间光调制模块20包括吸收型调制器22，吸收型调制器22设置于从光源模块10出射光线的光路上，用于对激光光束进行空间强度调制，形成调制光束，其中吸收型调制器22包括超导材料模块。在其中一个实施例中，空间光调制模块20还可以包括低温型lcos空间光调制器、透射式空间光调制器等任意空间光调制器的一种，并可以根据空间光调制器的类型对光路结构进行适应性调整。需要说明的是，本申请对空间光调制模块20中包括的空间光调制器的类型不作具体限定，只要其可以实现对光源模块10发射的激光光束进行空间强度调制，形成调制光束，则均在本申请的保护范围之内。

在其中一个实施例中，发射镜头30包括第一单透镜，第一单透镜用于接收调制光束，还用于将调制光束投射至待测物体100。或者，发射镜头30包括第一胶合透镜，第一胶合透镜用于接收调制光束，还用于将调制光束投射至待测物体100。或者，发射镜头30包括第一镜头组，第一镜头组包括多个镜头，第一镜头组用于接收调制光束，还用于将调制光束投射至待测物体100。

在其中一个实施例中，接收镜头40包括第二单透镜，第二单透镜用于接收待测物体100反射的反射光束。或者，接收镜头40包括第二胶合透镜，第二胶合透镜用于接收待测物体100反射的反射光束。或者，接收镜头40包括第二镜头组，第二镜头组包括多个镜头，第二镜头组用于接收待测物体100反射的反射光束。

在其中一个实施例中，第一单透镜、第一胶合透镜和/或第一镜头组采用超材料制成，第二单透镜、第二胶合透镜和/或第二镜头组采用超材料制成。发射镜头30中的第一单透镜、第一胶合透镜、第一镜头组及接收镜头40中的第二单透镜、第二胶合透镜、第二镜头组之间可以进行任意组合，本申请的附图对此不进行限定。

在其中一个实施例中，预设面积为其中，ω为接收镜头40的视场角，f为接收镜头40的等效焦距，待测物体100在接收镜头40的焦平面处的像的大小为因此，探测模块50的感光单元面积为且设置于接收镜头40的焦平面，探测模块50能够探测到成像于该焦平面处的待测物体100的全部回光能量，能够减小探测模块50探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，而且探测模块50的感光单元面积设置为可以使得探测模块50的感光单元具有较高的利用率，不至于造成浪费。

请参阅图5，图5中第一待测物体101位于接收镜头40的预设距离内，即相对于接收镜头40的近处物体，第二待测物体102位于接收镜头40的预设距离外，即相对于接收镜头40的远处物体，近处物体通过接收镜头40形成第一实像201，远处物体通过接收镜头40形成第二实像202。在接收镜头40的视场范围内，随着待测物体100逐渐远离接收镜头40，待测物体100的像面逐渐由远向焦平面靠近，并且像的大小逐渐减小，如图中的第一实像201和第二实像202。第二实像202位于接收镜头40的焦平面且第二实像202的大小为当将感光单元的面积大于或等于的探测模块50设置于接收镜头40的焦平面，探测模块50能够探测到由第二待测物体102反射的全部回波能量，只能探测到由第一待测物体101反射的小部分回波能量，从而能够减小探测模块50探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异。当将感光单元的面积大于或等于的探测模块50设置于接收镜头40与接收镜头40的焦平面之间，探测模块50能够探测到由第二待测物体102反射的大部分回波能量，只能探测到由第一待测物体101反射的小部分回波能量，从而能够减小探测模块50探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异。

在其中一个实施例中，探测模块50包括滤波器，滤波器用于对回波能量信号进行滤波处理，并将滤波后的回波能量信号传输至计算模块60。可以理解，由探测模块50输出的回波能量信号中包含共模的直流成分以及噪声信号，因此需要通过滤波器对回波能量信号进行滤波处理，消除回波能量信号中的共模的直流成分以及高频信号，以提高回波能量信号的信噪比。

在其中一个实施例中，所述滤波器为无源滤波器。可以理解，无源滤波器又称lc滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，且具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，因此本实施例中采用无源滤波器，有利于简化主动照明先调制鬼成像系统的结构设计，降低生产成本。可以理解，滤波器还可以为有源滤波器，本实施例并不所述滤波器的类型进行限定。

在其中一个实施例中，探测模块50可以是单像素探测器、雪崩光电二极管、电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体和多像素光子计数器中的一种。单像素探测器可以适用于无需阵列式探测器的间接成像方式，其结合空间光调制模块20可以代替传统成像方案中的探测器阵列。本实施例中，雪崩光电二极管还可以对回波能量信号进行放大，以提高检测的灵敏度。电荷耦合器件、雪崩光电二极管和互补金属氧化物半导体传感器均具有将光信号转换为电信号的功能，因此可利用电荷耦合器件、雪崩光电二极管和互补金属氧化物半导体作为探测器，将反射光束转换成回波能量信号。此外，还可以利用其他具有将光信号转换为电信号的功能的器件作为探测模块50使用，本实用新型并不对探测模块50的实现方式做具体限定。

请参阅图6，在其中一个实施例中，计算模块60包括信号处理单元61及控制单元62。信号处理单元61与探测模块50电连接，用于接收回波能量信号，并控制控制单元62发出调制信号。控制单元62与空间光调制模块20电连接，用于根据调制信号对空间光调制模块20进行控制。信号处理单元61还用于根据调制信号及回波能量信号进行计算(关联运算或压缩感知算法等)，获得待测物体100的图像。可以理解，相比与传统几何成像方式，鬼成像具有高灵敏度以及低成本等优势，可以应用于遥感、侦查以及勘探等领域。计算模块60可以为微控制单元或计算机等。

上述实施例提供的主动照明先调制鬼成像系统，将具有预设面积的感光单元的探测模块50设置于接收镜头40的焦平面上或接收镜头40与焦平面之间，探测模块50能够探测到位于接收镜头40预设距离外的待测物体100的大部分回波能量，即第二回波能量信号，探测模块50只能探测到位于接收镜头40预设距离内的待测物体100的小部分回波能量，即第一回波能量信号，因而能够减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，从而当探测模块50能够探测到远处物体的回波能量时，即能够探测到第二回波能量信号时，探测模块50探测到近处物体的回波能量不至于饱和，能够防止探测模块50被打坏。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。