一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像方法与流程

本申请涉及透过散射介质成像，尤其涉及一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像方法。

背景技术：

1、光透过雾、霾、云或生物组织等散射介质时，出射光场会出现紊乱，导致传统成像模糊甚至无效。针对这一问题，研究人员提出了多种解决方案，主要分为屏蔽散射光和使用散射光两类。屏蔽散射光的成像方式主要有空间、时间、相干门控等技术，此类技术借助弹道光的准直性、飞行时间或相干性来筛选出弹道光，弹道光的能量随着散射厚度衰减很快，只适用于比较薄的散射介质。使用散射光的成像方式主要有迭代波前整形技术、相位共轭技术，解卷积方法，散斑相关方法等等。其中，前三种方法需要侵入散射介质内部、提前标定系统等，对系统的稳定性和可侵入性要求较高，而散斑相关方法则不仅具有非侵入的特性，系统结构和操作步骤也都非常简单，近年来发展迅速。2012年，bertolotti等人利用强度自相关，成功重建出荧光目标图像，2014年，katz等首次使用单帧散斑自相关完成了对隐藏物体的成像，极大节省了信号采集时间。2017年，cua等人利用背景不变性对不同时刻的散斑进行相减，获得物体信息突出的散斑图案，完成了对移动物体的重建。2018年，邵晓鹏团队则借助散斑互相关实现了对目标的横纵向还有旋转变化的探测。尽管散斑相关技术获得了快速发展，但是由于光轴信息等因素的限制，大多数成像实验都只局限于对物体结构的识别，没有测量物体的尺寸及位置等参数的有效方案，这极大限制了成像的应用范围。所以，亟需提出一种可以涵盖物体尺寸和位置信息的全新散斑自相关成像方法，以完善成像功能，提高应用价值。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像方法，以解决相关技术中存在的无法对目标进行三维定位和尺寸测量的技术问题。

2、本申请实施例提供一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像方法，应用于一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像装置，该装置包括按顺序直线同轴排列的宽谱光源、散射介质、光阑、面阵探测器，所述面阵探测器连接有一计算机，该方法包括：

3、标定所述光阑和面阵探测器的相对空间坐标；

4、将宽谱光源、待测物体、散射介质放入以搭建并调节光路，其中所述散射介质紧贴光阑放置；

5、对于调节后的光路，调节光阑的位置，以使得所述面阵探测器采样不同光阑位置下的光强信号，；

6、计算两个光强信号，各自的发散中心位置c1和c2；

7、分别计算两光阑位置与与其对应的光强信号发散中心的连线 l1和 l2，计算 l1和 l2两条直线之间的最短距离，并将该距离的线段中心位置作为待测物体的位置；

8、对光强分布执行自相关运算并对所得自相关执行相位恢复操作，得到隐藏物体的重建图像并计算重建图像的大小h(o')；

9、根据散斑自相关成像的物像放大规律，利用所述重建图像的大小、两个光阑的各自的位置、发散中心位置c1和c2以及待测物体的位置，计算出物体大小h(o)。

10、进一步地，所述待测物体的尺寸小于所述散射介质的记忆效应范围。

11、进一步地，所述的光阑固定于一位移台上，以进行得到光阑的位置调整。

12、进一步地，所述宽谱光源的带宽位于30-60nm之间。

13、进一步地，所述宽谱光源为热光源和相应带宽带通滤波片的组合。

14、进一步地，所述散射介质为毛玻璃、纸张或仿真生物制品。

15、进一步地，标定所述光阑和面阵探测器的相对空间坐标，包括：

16、对激光器进行准直并将其作为标定光源，将光阑和面阵探测器依次垂直放入光路中并让激光通过光阑中心后照射在感光面中心，调节距离使得光阑到探测器感光面的距离为v，固定并标记此时的光阑中心位置1为（0，0，0）、探测器感光面中心位置为（0，0，v），光阑所在的垂直于激光的平面为z=0坐标平面。

17、进一步地，将所述宽谱光源、待测物体、散射介质放入以搭建并调节光路，包括：

18、撤掉激光器，放入宽谱光源、待观测物体和散射介质，散射介质紧贴光阑放置，忽略散射介质和光阑之间的距离，调节光路使得光通过物体后形成的光斑覆盖光阑，且光斑直径控制在光阑直径三倍以上。

19、进一步地，物体大小的计算公式为h(o)=h(o')*u/v，其中u为物距，v为光阑到探测器感光面的距离。

20、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

21、由上述实施例可知，本申请利用成像系统的物像关系及宽谱光照明下散射介质后的光强信号分布规律，在对隐藏物体进行非侵入结构识别的同时还可以对其进行尺寸测量和三维定位；可以应用在散斑自相关成像实验中，系统结构简单，操作方便，在水下探测，透雾成像等方面都有很大应用前景。

22、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像方法，其特征在于，应用于一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像装置，该装置包括按顺序直线同轴排列的宽谱光源、散射介质、光阑、面阵探测器，所述面阵探测器连接有一计算机，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测物体的尺寸小于所述散射介质的记忆效应范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光阑固定于一位移台上，以进行得到光阑的位置调整。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宽谱光源的带宽位于30-60nm之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述宽谱光源为热光源和相应带宽带通滤波片的组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述散射介质为毛玻璃、纸张或仿真生物制品。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，标定所述光阑和面阵探测器的相对空间坐标，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述宽谱光源、待测物体、散射介质放入以搭建并调节光路，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物体大小的计算公式为h(o)=h(o')*u/v，其中u为物距，v为光阑到探测器感光面的距离。

技术总结
本发明公开了一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像方法，应用于一种具有定位和尺寸测量功能的散射成像装置，该装置包括按顺序直线同轴排列的宽谱光源、散射介质、光阑、面阵探测器，所述面阵探测器连接有一计算机，该方法利用成像系统的物像关系及宽谱光照明下散射介质后的光强信号分布规律，在对隐藏物体进行非侵入结构识别的同时还可以对其进行尺寸测量和三维定位；可以应用在散斑自相关成像实验中，系统结构简单，操作方便，在水下探测，透雾成像等方面都有很大应用前景。

技术研发人员：王歆,施钧辉,梁其传,陈睿黾,李驰野
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13