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原文传递一种透过散射介质宽场的三维成像方法

专利名称：	一种透过散射介质宽场的三维成像方法
摘要：	本发明公开了一种透过散射介质宽场的三维成像方法，包括：搭建透过散射介质的目标3D成像系统；根据所述目标3D成像系统得到第一散斑图像和第二散斑图像；根据所述第一散斑图像得到第一目标光场，并根据所述第二散斑图像得到第一背景光场；根据所述第一目标光场和所述第一背景光场得到第二目标光场；根据所述第二目标光场得到重构的三维光场。本发明提供的透过散射介质宽场的三维成像方法可以高效的重构出散射介质前表面三维光场，且不受光学记忆效应限制，能够实现宏观复杂多目标宽场三维成像，同时具有很高的鲁棒性、灵活性和精度。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安电子科技大学
发明人：	刘杰涛;李伟;吴雨祥;邵晓鹏;何顺福;朱进进
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T12:00:00+0805
申请号：	CN201911369942.6
公开号：	CN111141706A
代理机构：	西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李园园
分类号：	G01N21/47;G01N21/41;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/47;G01N21/41
申请人地址：	710000 陕西省西安市雁塔区太白南路2号
主权项：	1.一种透过散射介质宽场的三维成像方法，其特征在于，包括：搭建透过散射介质的目标3D成像系统；根据所述目标3D成像系统得到第一散斑图像和第二散斑图像；根据所述第一散斑图像得到第一目标光场，并根据所述第二散斑图像得到第一背景光场；根据所述第一目标光场和所述第一背景光场得到第二目标光场；根据所述第二目标光场得到重构的三维光场。 2.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，所述搭建透过散射介质的目标3D成像系统包括：搭建光源模块；所述光源模块包括相干光源、衰减片以及扩束器；搭建目标和散射介质；搭建探测器模块；所述探测器模块包括探测器和位移平台；其中，所述光源模块、所述目标、所述散射介质以及所述探测器模块沿同一光轴方向。 3.根据权利要求2所述的三维成像方法，其特征在于，根据所述目标3D成像系统得到第一散斑图像和第二散斑图像包括：打开所述相干光源；对所述探测器进行N次等间距位移，并分别进行图像采集得到N幅第一散斑图像；移除所述目标，对所述探测器再次进行N次等间距位移，并分别进行图像采集得到N幅第二散斑图像。 4.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，根据所述第一散斑图像得到第一目标光场，并根据所述第二散斑图像得到第一背景光场包括：对所述第一散斑图像进行基于往返衍射传输的光场重构得到第一目标光场；对所述第二散斑图像进行基于往返衍射传输的光场重构得到第一背景光场。 5.根据权利要求4所述的三维成像方法，其特征在于，对所述第一散斑图像进行基于往返衍射传输的光场重构得到第一背景光场包括：生成二维随机相位矩阵；将所述二维随机相位矩阵与所述第一散斑图像中的第一个幅面强度振幅结合以形成初始场相位项；利用自由空间衍射传输公式将所述初始场相位依次传输至所述第一散斑图像中的最后一个面，并依次由最后一个面向前传至第一幅散斑图得到最终的场相位项；重复上一步，直至所述最终的场相位项误差小于预设误差；根据所述最终的场相位项得到第一背景光场。 6.根据权利要求5所述的三维成像方法，其特征在于，所述自由空间衍射传输公式为：其中，Ui(x,y,zi)表示第i幅散斑图的散斑场，1≤i≤N，U(x,y,z)表示第一个散斑场，F[·]表示二维傅里叶变换，F-1[·]代表二维傅里叶逆变换，zi表示第i幅散斑图到散射介质后表面的距离，k为波矢，αx、αy分别表示x，y方向的余弦。 7.根据权利要求6所述的三维成像方法，其特征在于，根据所述第一目标光场和所述第一背景光场得到第二目标光场包括：根据所述自由空间衍射传输公式计算第二背景光场；将所述第一背景光场、所述第一目标光场以及所述第二背景光场代入映射关系公式，得到第二目标光场。 8.根据权利要求7所述的三维成像方法，其特征在于，所述映射关系公式为： Uobject_front＝Uobject_back×conj(Uscatter_back×conj(Uscatter_front))；其中，Uobject_front表示第二目标光场，Uobject_back表示第一目标光场，Uscatter_back表示第一背景光场，Uscatter_front表示第二背景光场，conj(·)表示共轭算符。 9.根据权利要求1所述的三维成像方法，其特征在于，根据所述第二目标光场得到重构的三维光场包括：根据所述自由空间逆衍射传输的反演公式得到处在不同位置的目标场信息，从而得到透过散射介质重构的三维光场。 10.根据权利要求9所述的三维成像方法，其特征在于，所述自由空间逆衍射传输的反演公式为：其中，Um(x,y,um)表示散射介质前的第m个目标场，um表示第m个目标距离散射介质前表面的距离。
所属类别：	发明专利