利用空间光调制器实现基于相位多样性的散射介质成像
专利汇可以提供利用空间光调制器实现基于相位多样性的散射介质成像专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出了一种利用空间光 调制器 实现基于 相位 多样性的散射介质成像方法，属于散射介质成像领域。通过调制空间光调制器来改变成像系统的孔径函数，记录每次改变时相应的散斑图和孔径函数的变化，然后对记录的多 帧 散斑图采用最大似然估计法和拟 牛 顿 算法 重建散射介质后方的目标图像。与以往基于相位多样性的散射介质成像方法相比，本发明不是通过移动相机 位置 来达到调制系统孔径函数的目的，因而不会出现由于相机位置改变而导致的散斑扩散问题；并且可以在多帧散斑图上任意选取同一位置来截取子散斑图，重建目标图像的效果也更好。，下面是利用空间光调制器实现基于相位多样性的散射介质成像专利的具体信息内容。
1.一种利用空间光调制器实现基于相位多样性的散射介质成像方法，其特征在于：使用空间光调制器来调制散射介质后表面出射光场的相位，从而达到调制整个散射光学系统孔径函数相位的目的；在成像过程中，不需要根据CCD相机的移动位置计算附加相位分布情况，减少了计算量；不会出现由于相机位置移动所导致的散斑扩散问题，从而使实验步骤更加简单；
随意在多帧散斑图上选取相同位置来截取子散斑图，也就是子散斑图截取位置不受限制，且重建图效果更好。
2.根据权利要求1所述的一种利用空间光调制器实现基于相位多样性的散射介质成像方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)调制光学系统孔径函数相位的过程；
(1a)把空间光调制器相位控制矩阵全部置为0，并用CCD相机记录相应的散斑图；
(1b)随机产生并记录一个相位控制矩阵，然后用此相位控制矩阵调制空间光调制器的输出，用CCD相机记录相应的散斑图；
(1c)多次重复(1b)步骤，得到多个空间光调制器的相位控制矩阵及其对应的相机散斑图；
(2)重建目标图像的过程；
(2a)根据目标物体自相关图像的大小确定子散斑图像尺寸，按照此尺寸在步骤(1)所记录的散斑图上任意位置截取一幅子散斑图，并保证所有散斑图上截取子散斑图的位置相同；
(2b)将得到的多幅子散斑图进行汉宁窗口空间滤波，减少其边界的不连续效应；
(2c)将步骤(1b)中记录的空间光调制器相位控制矩阵数据，以及步骤(2b)中得到的多幅经滤波处理后的子散斑图输入算法程序，使用最大似然估计法和拟牛顿算法求解出散射介质相位分布的最优化解，并进而重建出目标图像。
利用空间光调制器实现基于相位多样性的散射介质成像
技术领域
背景技术
发明内容
(2)随机改变空间光调制器的相位控制矩阵，并记录其矩阵数据及相应的散斑图，多次重复此步骤，一般拍摄的散斑图数量越多，重建目标图像的效果越好；
(3)确定一个合适的尺寸，然后按照该尺寸在多帧散斑图上的某个固定位置截取子散斑图；(4)将记录的相位控制矩阵矩阵数据和子散斑图输入算法程序，重建出目标物体图。
(3b)在步骤(2)得到的多帧散斑图上，按步骤(3a)确定的尺寸截取子散斑图，要求在每一帧散斑图上截取子散斑图的位置都相同；
(3c)使用汉宁窗口对步骤(3b)所得到的多幅子散斑图进行空间滤波，以减少其边界的不连续效应。
in(x)＝o(x)*hn(x)+wn(x) (1)
其中n表示得到的第n张散斑图，o(x)为目标物像，hn(x)为成像系统点扩散函数(PSF)，wn(x)表示成像过程中引入的噪声，此处假设其为加性高斯白噪声，噪声的方差为hn(x)＝|F-1[|Sn(u)|exp{i[φ(u)+θn(u)]}]|2 (2)
公式(2)为系统点扩散函数表达式，它是孔径函数的反傅里叶变换的模的平方，其中，u表示像素到图像中心的距离；孔径函数的幅值|Sn(u)|在孔径之内为1，其余部分为0；而其相位分为两部分，θn(u)代表空间光调制器引入的已知的相位变化，φ(u)表示散射介质引入的未知随机相位，也就是需要求得的未知部分；
in(x)表示的相机接收的散斑图，是一个具有正态概率密度分布的随机变量，对散斑的所有像素进行统计之后，可以列出其概率密度函数：
忽略常数项和标量因子，并利用帕斯瓦尔定理及卷积定理转换到频率域，最终得到求解随机相位和目标图的两个目标函数：
式中In(u)，O(u)，Hn(u)分别表示in(x)，o(x)和hn(x)的傅里叶变换；
(4b)根据最大似然估计原理，当(4)式取最大值时φ(u)为最优解；因此将步骤(2)中记录的空间光调制器的相位控制矩阵数据，以及步骤(3)中得到的多幅经滤波处理后的子散斑图代入(4)式，使用最大似然估计法和拟牛顿算法等最优化算法求解φ(u)的最优解；
(4c)将步骤(4b)求得的φ(u)代入(5)式，重建出目标图像。
(2)本方法使用空间光调制器调制系统的孔径函数，相机位置不发生变化，也就不需要根据相机位置计算所引入的附加相位分布等环节，减少了计算量；
(3)由于相机位置不发生变化，孔径函数的改变不会导致散斑扩散及其带来的误差；
(4)在多帧散斑图上截取子散斑图的位置可以任意选取，并且重建图的效果更好。
附图说明
(b)截取位置为图3方框2位置处的20张子散斑图中的一张；
(c)截取位置为图3方框3位置处的20张子散斑图中的一张；
(d)截取位置为图3方框4位置处的20张子散斑图中的一张。
(b)利用截取位置为图3方框2处的20张子散斑图所得的重建图；
(c)利用截取位置为图3方框3处的20张子散斑图所得的重建图；
(d)利用截取位置为图3方框4处的20张子散斑图所得的重建图。
具体实施方式
20帧散斑图(2400*2400像素)，图3为其中1帧散斑图；
(b)在得到的20帧散斑图上白色方框1位置截取子散斑图，并对子散斑图使用汉宁窗口空间滤波，如图4所示；然后类似地，分别在白色方框2、3、4位置截取子散斑图，并进行空间滤波处理；最后得到4组不同截取位置的子散斑图，每组有20幅子散斑图像；附图5分别为4组子散斑图中的其中一张；
(c)将第一组子散斑图输入步骤(4)中所介绍的重建算法程序，重建出第一张重建图；
随后依次将其他三组子散斑图输入重建算法，分别得到另外三张重建图，如附图6所示。
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