[发明专利]一种透过散射介质的目标4D跟踪系统及方法

权利要求书

1.一种透过散射介质的目标4D跟踪方法，在透过散射介质的目标4D跟踪系统上运行，其特征在于：包括有如下步骤：

步骤1：搭建透过散射介质的目标4D跟踪系统；按照光束传输方向，依次有光源模块、目标(3)、散射介质(4)、探测模块；光源模块包括LED光源(1)和透镜(2)，LED光源(1)和透镜(2)共同构成产生准直的非相干光信号的光源；目标(3)为待跟踪目标，设定目标在光束传输方向，即z轴方向，以及垂直于光轴方向所在的平面，即xoy面的x方向和y方向移动，另外，目标能够沿角度θ进行旋转，角度θ的基础旋转范围为0°至179°；散射介质为强散射介质，介质对所述目标(3)的信息进行编码调制，并产生编码调制后的散斑图像；探测模块包括有窄带滤波片(5)和探测器(6)，窄带滤波片(5)和探测器(6)共同用于接收窄带滤波之后的目标的散斑图像；待跟踪目标由能够在xoy平面移动并旋转产生的图像目标的空间光调制器搭配二维位移平台共同生成，待跟踪目标能够在x、y、z方向进行移动以及沿角度θ进行旋转；

步骤2：打开透过散射介质的目标4D跟踪系统的光源模块中的LED光源，使用探测模块中的探测器连续采集k幅携带目标信息的散斑图像I₁(x,y,z,θ)，I₂(x,y,z,θ)，…，I_k-1(x,y,z,θ)，I_k(x,y,z,θ)；

步骤3：对探测器采集的所有散斑图像进行消噪预处理，去除背景噪声，得到k幅消噪散斑图像

步骤4：依次对k幅消噪散斑图像进行自相关操作，得到k幅消噪散斑图像的自相关结果，即

步骤5：对目标进行旋转角度跟踪运算：将第2幅至第k幅消噪散斑图像自相关计算结果均与第一幅消噪图像对应的自相关结果进行旋转角度跟踪运算，求得k-1个旋转角度跟踪变化量Δθ₁，Δθ₂，…，Δθ_k-1；

步骤6：将第2幅至第k幅消噪散斑图像，分别旋转Δθ₁，Δθ₂，…，Δθ_k-1，并更新其自相关结果，得到第一次更新后的自相关结果

步骤7：根据物像关系，对目标进行沿光轴方向跟踪运算：依次计算第一次更新后的自相关结果的面积，并令第2幅至第k幅消噪散斑图像第一次更新后的自相关的面积分别与第1幅消噪散斑图像的自相关的面积做商，根据物像关系，即可求得沿光轴方向的变化量Δz₁，Δz₂，…，Δz_k-1；

步骤8：双三次插值法对自相关面积进行缩放：依次将沿光轴方向变化Δz₁，Δz₂，…，Δz_k-1，结合双三次插值法，依次对第2幅至第k幅消噪散斑图像对应的自相关结果进行缩放，更新得到第二次更新后的自相关结果

步骤9：依次对第二次更新后的自相关结果对应的消噪散斑图像与第1个消噪散斑图像做互相关运算，得到互相关计算结果

步骤10：根据第二次更新后自相关计算结果和互相关计算结果，结合探测器的像元尺寸，计算目标在xoy平面上沿x和y方向上的变化量(Δx₁,Δy₁)，(Δx₂,Δy₂)，···，(Δx_k-1,Δy_k-1)；

步骤11：得到目标4D跟踪结果：根据旋转角度变化量，沿光轴方向目标的变化量，以及xoy平面上沿x和y方向上的变化量，结合所述目标4D跟踪系统的参数，得到目标的4D跟踪结果