成像装置和成像系统的制作方法

本实用新型涉及关联成像技术领域，特别是涉及一种成像装置和成像系统。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。鬼成像方法是一种无需阵列式探测器的间接成像方式，只需知晓照射在目标物体上的光场分布，即可通过关联算法或压缩感知等方法复原出物体的像。主动照明先调制鬼成像方案中，光源发出的光经过空间光调制器调制成已知、可控的调制光，然后由发射镜头投射在目标物体上；接收镜头收集调制光照在物体上被反射的光，并被探测器进行探测转换为电信号；计算系统将收集到的信号与控制系统发出的调制信号进行计算得到目标物体的像。由于与传统成像方式相比，鬼成像具有高灵敏度、低成本等优势，在遥感、激光雷达、视频监控等领域具有良好的应用前景。

但发明人在实施过程中发现：在进行成像时，目标物体有可能是漫反射类物体，回光信号弱；还有可能是镜面反射类物体，回光信号强。若采用灵敏度高的探测器，当目标物体为镜面反射物体时，探测器上接收到的光较强，探测器会饱和甚至损坏；若采用灵敏度低的探测器，当目标物体为漫反射类物体时，探测器上接收到的光较弱，无法获得足够的信噪比来恢复清晰的像；若采用探测范围能够同时兼顾大信号和小信号的探测器，成本高。

技术实现要素：

基于此，有必要针对非镜面反射物体和镜面反射物体的反射光强不同的问题，提供一种成像装置和成像系统，以解决探测器难以同时兼顾大信号和小信号的测量问题，保证目标物体的成像效果。

本实用新型实施例提供了一种成像装置，包括：

光源，用于发射照明光；

空间光调制器，用于根据接收的调制信号对光源发射的照明光进行调制；

发射镜头，用于光学地将所述空间光调制器调制后的光投射到目标物体上；

接收镜头，用于接收目标信号并将所述目标信号汇聚到探测器的感光面上，所述目标信号为所述目标物体反射的光；

所述探测器用于探测光，并进行光电转换输出电信号；

偏光器件，用于光学地将所述目标物体耦接到所述探测器，所述偏光器件具有一透振方向，用于滤除所述目标信号的偏振方向中与所述透振方向垂直方向的信号；

控制器，所述控制器分别与所述空间光调制器和所述探测器电连接，输出所述调制信号至所述空间光调制器，并用于根据所述电信号和所述调制信号获得所述目标物体的像。

在其中一个实施例中，所述目标物体包括镜面反射物体和非镜面反射物体。

在其中一个实施例中，所述偏光器件设置在所述接收镜头和所述目标物体之间。

在其中一个实施例中，所述偏光器件设置在所述接收镜头与所述探测器之间。

在其中一个实施例中，所述光源发射的照明光为s偏光或p偏光或完全非偏振光。

在其中一个实施例中，所述偏光器件为偏振片或格兰泰勒棱镜或偏振分光棱镜。

在其中一个实施例中，所述探测器为单像素探测器。

在其中一个实施例中，所述空间光调制器为数字微镜器件。

在其中一个实施例中，所述控制器包括：

调制模块，所述调制模块与所述空间光调制器电连接，用于输出所述调制信号；

计算模块，所述计算模块分别与所述调制模块和所述探测器电连接，用于根据所述电信号和所述调制信号获得所述目标物体的像。

一种成像系统，包括上述成像装置。

本申请实施例提供的成像装置，利用非镜面反射物体和镜面反射物体的偏振差异，通过在接收路放置偏光器件，选择性地将镜面反射光进行抑制，从而减少镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求，可进一步降低成本。

附图说明

图1为一个实施例中成像装置和成像系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中成像装置和成像系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供了一种成像装置，如图1、图2所示，包括：光源，用于发射照明光；空间光调制器10，用于根据接收的调制信号对光源发射的照明光进行调制；发射镜头20，用于光学地将所述空间光调制器10调制后的光投射到目标物体80上；接收镜头30，用于接收目标信号并将所述目标信号汇聚到探测器的感光面上，所述目标信号包括所述目标物体80的反射光目标物体80；探测器40，所述探测器40用于探测光，并进行光电转换输出电信号；偏光器件50，所述偏光器件50用于光学地将所述目标物体80耦接到所述探测器40，所述偏光器件具有一透振方向，用于滤除所述目标信号中偏振方向与所述透振方向垂直的分量；控制器60，所述控制器60分别与所述空间光调制器10和所述探测器40电连接，输出所述调制信号至所述空间光调制器10，并用于根据所述电信号和所述调制信号获得所述目标物体80的像。

其中，光源是指能自行发光且正在发光的物体。发光的偏振特性可以为完全非偏振光、p偏振光或s偏振光。根据光源发射的照射光的特性，可以选择不同透振方向的偏光器件50。例如，光源发射的照射光可以为完全非偏振光，此时偏光器件50的透振方向为p方向；光源发射的照射光还可以为s偏光，此时偏光器件50的透振方向为p方向；光源发射的照射光还可以为p偏光，此时，偏光器件50的透振方向对应为s方向。发射镜头20可以为单透镜、胶合透镜或者包括多个镜头的镜头组。接收镜头30可以为单透镜、胶合透镜或者包括多个镜头的镜头组。探测器40的探测面接收到其反射的光较强。空间光调制器10由多个空间光调制单元组成，每个空间光调制单元可以独立调制光场的某个参量，例如通过调制光场的振幅，通过折射率调制相位，通过偏振面的旋转调制偏振态，或是实现非相干——相干光的转换，从而将一定的信息写入光波中，达到光场调制目的。其中，空间光调制器10可以是数字微镜器件、声光偏转晶体(aod，acoustoopticaldeflectors)或超材料等器件。当空间光调制器10为数字微镜器件时，空间光调制器10可以通过驱动其上的微镜开启或关闭来实现光调制。当空间光调制器10为声光偏转晶体时，可以通过改变所加信号，使折射率随外界所加信号而改变，实现光调制。当空间光调制器10为超材料(可以是光操纵超材料)时，超材料的纳米结构能够以特定的方式对光线进行散射，可以通过调整超材料表面的吸收特性，实现光调制。所述调制信号是用于控制所述空间光调制器10在空间折射率的变化，调制信号可以是伪随机信号等，控制器60根据电信号和调制信号成像的实现可以根据现有的关联成像算法或压缩感知算法等实现。探测器40是指能够将探测光信号并转换成电信号的光电探测器40，可以根据入射的光强度而输出相应强度的电流、电压或数字信号。根据待处理光信号的波长，探测器40可以以硅、锗、铟镓砷、硒化镉等为探测材料。具体的，探测器40可以选用但不限定于单像素探测器40，也可以为ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合器件)、cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互补金属氧化物半导体)或者mppc(multi-pixelphotoncounter，硅光电倍增管)等，需要说明的是，此处举例不对本申请方案实际保护范围造成限定。偏光器件50是指能够滤除某一方向上的光分量的器件，例如，可以是偏振片、格兰泰勒棱镜、偏振分束棱镜等用于检偏的器件。

具体的，利用反射光偏振差异识别低反射率目标物体80的成像装置如图1所示。光源(s偏光或p偏光或完全非偏振光)发出的照射光经过空间光调制器10调制形成已知、可控的调制光，并由发射镜头20投射在目标物体80上，目标物体80包括镜面反射物体和非镜面反射物体，目标物体80的反射光经过偏光器件50，偏光器件50将镜面反射物体的反射光进行抑制，得到待测光，减少镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异目标物体80，然后由接收镜头30对待测光进行接收，接收镜头30接收的全部光信号由单像素探测器40进行探测转换为电信号，并由控制器60将收集到的电信号与发出的调制信号进行计算(关联运算或压缩感知算法等)，得到目标物体80的像。由于抑制了镜面反射光，降低了镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异，降低对探测器40的要求，从而降低探测器40的成本。可以在低成本下目标物体80目标物体80实现对目标物体80反射光的良好探测，保证成像效果。

在其中一个实施例中，所述目标物体80包括镜面反射物体和非镜面反射物体目标物体80。

其中，镜面反射物体是指水面、玻璃等表面光滑的物体，当平行入射的光线射到这个反射面时，仍会平行地向一个方向反射出来的物体。非镜面反射物体是指物体后在光源照射下反射的光向各个方向反射的物体。在照明光源为完全非偏振光的情况下，非镜面反射物体的反射光同样为完全非偏振光，而镜面反射物体的反射光为部分偏振光(s分量居多，p分量居少)。在照明光源为s偏振光的情况下，非镜面反射物体的反射光同样具有完全非偏振光的偏振特性，而镜面反射物体的反射光为线偏振光(s偏光)或部分偏振光(s分量居多，p分量居少)。在照明光源为p偏振光的情况下，非镜面反射物体的反射光同样具有完全非偏振光的偏振特性，而镜面反射物体的反射光为线偏振光(p偏光)或部分偏振光(p分量居多，s分量居少)。根据这种偏振差异则可以在进行探测前，通过加入偏光器件，选择性地将镜面反射光进行抑制，从而减少镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求，降低成本目标物体80目标物体80目标物体80。

在其中一个实施例中，所述偏光器件50设置在所述接收镜头30和所述目标物体80之间。发射镜头20的出射光照射目标物体80时，目标物体80反射的光和目标物体80附近的镜面反射光被成像装置中的光感知部分接收，通过在接收镜头30前设置偏光器件50，可以抑制水面、玻璃等镜面反射物反射的光强，减少了镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求目标物体80，目标物体80降低探测器。

在其中一个实施例中，所述偏光器件50设置在所述接收镜头30与所述探测器40之间。由于主要是抑制水面、玻璃等镜面反射物反射的光强，减少镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异目标物体80，所以偏光器件50还可以设置在接收镜头30与探测器40之间，以便对探测器40接收光路上的镜面反射光进行抑制，减少镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求目标物体80，降低成本，在低成本下，仍可保证目标物体80的成像效果和成像质量。

在其中一个实施例中，所述偏光器件50为偏振片或格兰泰勒棱镜或偏振分光棱镜。格兰泰勒棱镜是一种由天然方解石晶体制成的双折射偏光器件50，主要成分为caco3的斜方六面体结晶。输入一束无偏光的光束，可以得到一束线偏振光。与其他偏光器件(如偏光板)相比，其透过率和偏光纯度更高。偏振分光棱镜是指能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏振光的器件。其中p偏光完全通过，而s偏光以45度角被反射，出射方向与p光成90度角。偏振分光棱镜可以由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。除此处列举的方式，还可以采用其他类型的用于检偏的器件，本领域技术人员根据此处记载的实施方式，能够想到的其他替代方式均属于本申请的保护范围。

在其中一个实施例中，所述探测器40为单像素探测器40。在其中一个实施例中，所述空间光调制器10为数字微镜器件。

单像素探测器40是以硅为探测材料的粒子径迹探测器40，具有单像素的半导体探测器40，用以在粒子通过该单像素时输出数据，例如，将接收到的经数字微镜器件调制的光转换为电信号。单像素探测器40为只能探测光强、不能分辨空间信息的探测器40的统称。常用的有光电二极管、光电倍增管、雪崩光电二极管等。

数字微镜器件(dmd，digitalmicro-mirrordevice)是一种由多个微米尺寸的铝镜阵列组成的空间光调制器10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。在进行光调制过程中，常通过输出随机编码矩阵(调制信号)至dmd，以行驱动的形式dmd中的微镜翻转。

采用单像素探测器40时，与数字微镜器件配合，当光源发射的照射光经过dmd调制，形成可控的、已知的光经过发射镜头20投射在目标物体80上，偏光器件50接收目标信号，并抑制目标信号中的镜面反射光，然后由接收镜头30接收偏振滤光后形成的光信号，再由单像素探测器40采集一次光信号并转换成电信号。在拍摄过程中，dmd上每个镜片反射的明暗矩阵以伪随机码的形式快速变换，每变化一次形成一个像素的信号。最后，经过将每次的电信号和伪随机码综合进行计算，就得到了目标物体80的像，此时，本申请实施例提供的成像装置为单像素相机。

在其中一个实施例中，所述控制器60包括：调制模块61，所述调制模块61与所述空间光调制器10电连接，用于输出所述调制信号；计算模块62，所述计算模块62分别与所述调制模块61和所述探测器40电连接，用于根据所述电信号和所述调制信号获得所述目标物体80的像。

为了更好的说明本申请实施例提供的成像装置的工作原理，在此以成像装置为单像素相机为例进行说明，目标物体80一种主动照明偏振单像素相机如图1所示。光源发出的完全非偏振光、s偏光或p偏光经过空间光调制器10调制形成可控的已知的光信号，经过发射镜头20投射在目标物体80上，经调制后的光信号照射目标物体80，目标物体80中的镜面反射物体和非镜面反射物体的反射光(目标信号)经过偏振片等偏光器件50(p偏振方向或s偏振)后，镜面反射光的强度被抑制，减少镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异目标物体80，然后由接收镜头30对接收并投射经过偏光器件50形成的光信号至单像素探测器40，由单像素探测器40进行光探测并转换为电信号，目标物体80单像素探测器40将目标物体80探测到的光信号进行光电转换生成该电信号，并由计算模块62将收集到的信号与调制模块61发出的调制信号进行计算(关联运算或压缩感知算法等)，得到目标物体80的像，可在保证成像质量的前提下，降低探测器40成本，降低成像装置的成本。

其中，调制模块61主是指能够生成调制信号的装置，例如可以是脉冲发生器，伪随机信号发生器等。计算模块62是指能够根据调制信号和电信号计算得到目标物体80的像的装置，可以是一些芯片器件组成的装置。具体的，调制模块61输出调制信号至驱动模组，驱动模组驱动微镜的机械翻转。驱动模组可以进行逐行驱动，然后探测器40接收经数字微镜器件调制的光，并将该光转换为电信号输出至计算模块62，最后，由计算模块62根据压缩感知算法或关联算法等对调制信号和电信号进行分析处理，最终获得目标物体80的像。

在其中一个实施例中，所述数字微镜器件包括：驱动模组和多个微镜；所述驱动模组与所述控制器60电连接，且所述驱动模组用于根据所述调制信号驱动各所述微镜的开关状态。其中，其中驱动模组逐行驱动各微镜翻转的驱动实现过程，可以参照德州仪器公司的dmd的产品和使用手册中的工作原理描述。本申请实施例提供的成像装置，利用物体不同类型反射光的偏振差异，根据目标物体80和环境之间的偏振差异特性，选择性的抑制环境中镜面反射物体的反射光，例如，具有漫反射特性的目标物体80位于镜面反射物体周围时，可以利用偏光器件50将目标物体80镜面反射物体的强反射光进行抑制，减少了镜面反射物体和非镜面反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求目标物体80目标物体80，降低探测器成本，从而在保证成像质量的前提下降低成像装置的成本目标物体80。

一种成像系统，如图1所示，包括上述成像装置。该成像系统的具体实现方式和实施时的有益效果可参见上述成像装置实施例。

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本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。