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原文传递基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建装置及方法

专利名称：	基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建装置及方法
摘要：	基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建装置及方法，属于光学成像技术领域，为解决现有技术对弥散介质多宗量场同时重建的研究中，大多采用单一的脉冲激光入射的探测及重建方法，这种方法存在探测得到的信息较少、重建得到的图像边缘较为模糊，不能较好地反映真实的情况的问题。包括激光控制器、激光头、1×4光开关、光电探测器、数据采集处理系统和1×16光开关；所述光电探测器的输入端与1×16光开关的输出端连接，所述光电探测器的输出端与数据采集处理系统的输入端连接，所述激光控制器的输出端同时与激光头的输入端和数据采集处理系统的输入端连接，所述激光头的输出端与1×4光开关的输入端连接。本发明能有效解决现有技术中存在的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	齐宏;赵方舟;任亚涛;阮立明
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910447569.5
公开号：	CN110132875A
代理机构：	哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：	时起磊
分类号：	G01N21/35(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建装置，其特征在于包括：激光控制器(1)、激光头(2)、1×4光开关(4)、光电探测器(5)、数据采集处理系统(6)和1×16光开关(7)；所述光电探测器(5)的输入端与1×16光开关(7)的输出端连接，所述光电探测器(5)的输出端与数据采集处理系统(6)的输入端连接，所述激光控制器(1)的输出端同时与激光头(2)的输入端和数据采集处理系统(6)的输入端连接，所述激光头(2)的输出端与1×4光开关(4)的输入端连接。 2.基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：开启激光控制器(1)，并调节激光控制器(1)，选取z种不同的脉冲宽度的脉冲激光，分别入射弥散介质(3)，其中z≥2，每选取一种脉冲宽度的脉冲激光时，运用1×4光开关(4)切换通道，使得每选用一种激光入射弥散介质(3)时，激光头(2)发射的脉冲激光都从弥散介质(3)的四个边界分别入射一次；激光头(2)每发射一次脉冲激光并运用数据采集处理系统(6)测量弥散介质16个探测点中一个探测点的辐射强度信号时，则运用1×16光开关(7)切换一次通道，并利用数据采集处理系统(6)采集一次弥散介质边界的辐射强度信号；数据采集处理系统(6)对其获得的辐射强度信号进行处理，获得弥散介质(3)各边界射出的光谱辐射强度值作为脉冲激光入射时的测量信号，m表示选取入射激光脉冲宽度序号，s表示光源照射的边界序号，d表示探测点位置序号；步骤二：假设弥散介质的多宗量光学参数场初值为μ0，将μ0带入时域扩散近似方程，计算得到不同脉冲激光入射下介质边界的透反射辐射强度信号与步骤一中的测量信号构成目标函数F(μ0)；步骤三：根据基于梯度的数值优化算法构造下降方向dk，满足：步骤四：根据基于梯度的数值优化算法确定沿下降方向变化的步长ak，满足：F(xk+akdk)＜F(xk)，若求得下降步长ak小于设定的最小步长ε，则执行步骤七；否则执行步骤五；步骤五：更新弥散介质光学参数场的分布值，得到第k步迭代得到的光学参数分布μk：μk＝μk-1+Δμ，k＝1,2,…；Δμ表示光学参数场的改变量；步骤六：根据第k步迭代得到的光学参数分布μk，运用时域扩散近似方程进行计算，得到介质边界的辐射强度信号计算目标函数F(μk)，如果目标函数值小于阈值σ，执行步骤七；否则，执行步骤三；步骤七：将当前迭代得到的光学参数场作为重建结果，结束反演过程。 3.根据权利要求2所述的基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于：所述步骤一中激光头(2)发射的激光射入弥散介质(3)时，激光头(2)发射的激光射入弥散介质(3)各边界的中心点。 4.根据权利要求2所述的基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于：所述步骤二中弥散介质的多宗量场μ包括吸收系数μa和散射系数μs光学参数场，且两部分参数场同时进行重建。 5.根据权利要求2所述的基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于：所述步骤二中时域扩散近似方程的表达式如下：式中，r表示空间位置，t表示时间，n表示介质的折射率，c0表示光速，G(r,t)表示t时刻位置r处的投射辐射，S(r，t)表示入射激光引入的辐射源项，μa(r)表示介质的吸收系数，D(r)为介质的扩散系数。 6.根据权利要求5所述的基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于：所述介质的扩散系数D(r)由如下公式求得：其中μs′(r)＝(1-g)μs(r)为约化散射系数，μs(r)表示介质的散射系数。 7.根据权利要求2所述的基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于：所述步骤二中目标函数F(μ0)的表达式为：其中，ψ(μ)为正则化项，由广义马克尔夫随机场模型构建得到：其中N表示邻点参数点的集合，xs和xr表示两个相邻的参数，下标s、r表示相邻的两个点，p为锐度化系数，bs-r为权重系数。 8.根据权利要求2所述的基于多源脉冲激光信息融合的弥散介质多宗量场重建方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四中基于梯度的数值优化算法为最速下降法、牛顿法、拟牛顿法或共轭梯度法。
所属类别：	发明专利