一种针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法

1.本发明涉及光电成像技术领域，特别是涉及一种针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法。


背景技术：

2.鬼成像是一种基于光场涨落的量子或者经典关联特性，通过测量参考光场与目标探测光场之间的强度关联函数来获取目标图像信息的新型成像技术，可以对光源的二维光场强度分布以及携带目标调制信息的回波光场总光强值进行关联计算，从而实现对目标特征参数的获取。鬼成像技术和传统的光学成像方法相比，具有低噪声、低成本、体积小的优势，因而在目标跟踪、医疗成像、显微成像、光学加密传输和散射成像等领域都展现出了巨大的应用前景以及重要的潜在价值。
3.传统的鬼成像方法包含两条光路，一路为信号光路，包含目标物体，信号光照射到物体上，反射光或透射光被没有空间分辨能力的单像素探测器所接收。另一路光束自由传播，不做任何处理，称作参考光，其强度分布信息被一具有空间分辨能力的探测器所探测。而光源采用赝热光源，由激光器照射旋转的毛玻璃片或相位板产生。在此基础上，若采用空间光调制器或数字微镜器件取代旋转的毛玻璃或相位板产生赝热光场，则双臂系统中的参考光路可以省略，其随机光场也相应地可以被可由人为编码预置的散斑光场所取代，这种方法又称为单臂式计算鬼成像，大大简化了鬼成像系统的构成。
4.计算鬼成像对目标进行调制所需的照明投影图案是由计算机编码生成的，利用仿人眼视网膜结构生成的非均匀变分辨率散斑图案在中央凹对应较高的分辨率，能在一定程度上优化中心感兴趣区域的成像质量。对于运动目标的计算鬼成像研究，相比于静态的成像目标，因运动导致的图像退化是其不可忽视的问题。而针对轴向运动的情况，采用变分辨率的计算鬼成像方法可以比较好地将目标控制在固定的散斑光场内。但如何在此基础上提升其成像质量，抑制因运动造成的图像退化，仍有一定的改进空间。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法，改善现有变分辨率计算鬼成像方法对轴向运动物体的成像能力。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法，包括：
8.确定运动目标的轴向运动速度和距离，以及所述运动目标的大小尺寸、所述运动目标距离光学投影系统的距离，得到所述运动目标的运动参数和场景信息；
9.设置散斑参数，基于所述散斑参数以及所述运动目标的运动参数和场景信息生成中央凹高分辨率、周围低分辨率和中央凹区域半径均匀变化的仿人眼非均匀变分辨率散斑；
10.将所述仿人眼非均匀变分辨率散斑投射到轴向运动的目标上进行采样，并测量反
射的光强值；
11.将所述反射的光强值与投射的散斑信息进行二阶关联运算，得到最终重构图像。
12.优选地，通过空间光调制器和光学透镜投射出所述仿人眼非均匀变分辨率散斑至所述轴向运动的目标表面，并测量所述仿人眼非均匀变分辨率散斑对应的探测值。
13.优选地，所述散斑参数包括：散斑分辨率、中央凹区域半径、离散角度最大值、离散环数最大值。
14.优选地，基于所述散斑参数按采样数量生成所述中央凹区域半径均匀变化的仿人眼非均匀变分辨率散斑，生成公式如下式(1)：
15.r0(i)＝r0(1) v*t(i)*(a/l) (1)
16.其中，r0(i)是投射的第i张散斑的中央凹区域半径大小，v是目标物体轴向运动速度，t(i)为第i张散斑对应的运动时间，a代表目标物体的空间尺寸，l是目标物体距离投影系统的距离。
17.优选地，将所述仿人眼非均匀变分辨率散斑投射到所述轴向运动的目标物体上进行采样，采样时保证目标运动时间和投影时间相同，且起止时刻相同。
18.优选地，采样完成后，利用单像素探测器测量所述反射的光强值sn(x,y)：
[0019][0020]
其中，pn(x,y)为投射的散斑信息，i(x,y)为目标物信息。
[0021]
优选地，将所述光强值sn(x,y)与投射的散斑信息pn(x,y)进行二阶关联运算，通过上位机得到最终的重构图像i(x,y)：
[0022][0023]
其中，n为投射的散斑总数，为光强探测的平均值，代表散斑信息的平均。
[0024]
本发明的有益效果为：
[0025]
本发明与传统的固定中央凹半径的变分辨率计算鬼成像方法相比，本发明所利用的仿人眼非均匀散斑在目标物体运动过程中不断调整中央凹感兴趣区域的大小，能够保持目标在运动过程中所占散斑中央凹区域范围的比例不变，与固定中央凹半径的仿人眼非均匀散斑相比，能够更好地保持在散斑光场中的稳定性，减轻因运动而导致的图像退化，改善对轴向运动目标物体的成像质量。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1为本发明实施例的针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法流程图；
[0028]
图2为本发明实施例的光学投影系统原理结构图；
[0029]
图3为本发明实施例的传统固定中央凹半径的计算鬼成像方法与针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法重构结果对比图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0032]
本实施例公开的一种针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法，方法流程图如图1所示，所应用系统结构如图2所示，具体实现步骤如下：
[0033]
步骤一、预先确定目标的轴向运动速度v及距离(表示为v*t)，以及目标的大小尺寸a、目标距离光学投影系统的距离l。
[0034]
在本实施实例中，设置运动速度v为2mm/s，运动时间为2.5s，运动距离为5mm。目标尺寸和目标距离光学投影系统的距离l之比a/l为0.0625。
[0035]
步骤二、设置需要投影的照明散斑参数，包括散斑分辨率m*m，中央凹区域半径r0，离散角度最大值p,离散环数最大值q，生成中央凹高分辨率，周围低分辨率的仿人眼非均匀变分辨率散斑。并根据步骤一中的相关参数，按采样数量生成中央凹区域半径均匀变化的仿人眼非均匀变分辨率散斑，生成公式如下：
[0036]
r0(i)＝r0(1) v*t(i)*(a/l)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0037]
其中，r0(i)是投射的第i张散斑的中央凹区域半径大小，v是目标物体轴向运动速度，t(i)为第i张散斑对应的运动时间，a代表目标物体的空间尺寸，l是目标物体距离投影系统的距离。
[0038]
在本实施实例中，所用散斑分辨率大小为64*64，对应的轴向运动目标重构图像大小分辨率也为64*64。r0的最小值为21，最大值为23。共设置四组不同的采样次数，分别为1024、1229、1434、1638。对应的变中央凹半径的仿人眼非均匀散斑数量分别为1024、1229、1434、1638。
[0039]
依照图2的系统原理结构，led光源1发出照明光束照射到空间光调制器2上，经光学透镜3投射至轴向运动的目标物体4表面。
[0040]
步骤三、将上述仿人眼非均匀散斑投射到轴向运动的目标物体上进行采样，保证目标运动时间和投影时间相同且起止时刻相同，利用单像素探测器测量反射的光强值。
[0041][0042]
其中，散斑信息为pn(x,y)，单像素探测器所收集的光强值记为sn(x,y)，目标的反射率信息为i(x,y)。
[0043]
依照图2的系统原理结构，空间光调制器2和透镜3投射出由计算机生成的变r0仿人眼非均匀散斑照明图案至轴向运动的目标4表面，反射光强被单像素探测器5所接收，测
量各散斑照明图案所对应的探测值。光强探测值由数据采集卡6采集。
[0044]
步骤四、将步骤三得到的光强值sn(x,y)与投射的散斑信息pn(x,y)进行二阶关联运算，在上位机9上得到最终的重构图像i(x,y)。
[0045][0046]
由图3对比传统固定中央凹半径的计算鬼成像方法与针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法的重构实验结果。实验结果表明，在特定的采样数量或采样率下，对于轴向运动的目标物体，本发明所提出的变化中央凹半径仿人眼非均匀散斑能在相同运动方式及参数下，进一步改善轴向运动目标物体的重构效果，提升成像质量，降低因运动造成的图像退化对重构结果的不利影响。
[0047]
本发明公开的一种针对轴向运动目标的变分辨率计算鬼成像方法，在预置好运动参数、目标大小及其与投影系统的距离后，通过计算机编码生成中央凹高分辨率，周围低分辨率的仿人眼非均匀变分辨率散斑，并根据运动参数及以上场景信息生成中央凹区域半径均匀变化的仿人眼非均匀变分辨率散斑。将所述变半径非均匀散斑投射到沿光轴轴向运动的目标上，利用单像素探测器测得的光强值和散斑信息进行重构计算，得到轴向运动目标的重构图像。本发明利用变化中央凹半径的仿人眼非均匀散斑对轴向运动目标物体进行重构，保持目标在运动过程中所占中央凹区域的比例不变，与固定中央凹半径的仿人眼非均匀散斑相比，能够提升对轴向运动目标物体的成像质量，改善因运动造成的图像退化问题。
[0048]
本发明的有益效果为：
[0049]
本发明与传统的固定中央凹半径的变分辨率计算鬼成像方法相比，本发明所利用的仿人眼非均匀散斑在目标物体运动过程中不断调整中央凹感兴趣区域的大小，能够保持目标在运动过程中所占散斑中央凹区域范围的比例不变，与固定中央凹半径的仿人眼非均匀散斑相比，能够更好地保持在散斑光场中的稳定性，减轻因运动而导致的图像退化，改善对轴向运动目标物体的成像质量。
[0050]
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。