[发明专利]一种液晶相控阵鬼成像系统及其成像方法

权利要求书

1.一种液晶相控阵鬼成像系统，其特征在于：包括激光器、准直透镜、数字微镜设备DMD、空间光调制器SLM、单像素探测器、FPGA主控电路、第一透镜组、第二透镜组，其中，所述FPGA主控电路包含调制矩阵模块、激光触发模块、信号采集模块以及符合计算模块；所述调制矩阵模块用于控制数字微镜设备与空间光调制器工作；所述激光触发模块用于控制激光器工作状态；所述符合计算模块用于计算成像；所述第一透镜组用于调焦；所述第二透镜组用于会聚光束；

具体步骤如下：

步骤一：根据所需投影散斑结构，确定数字微镜设备的调制矩阵，并计算空间光调制器对应的调制参数，确定空间光调制器的调制矩阵，即相息图；

步骤二：根据步骤一确定的数字微镜设备的调制矩阵和计算的空间光调制器对应的调制参数，调制矩阵模块生成对应调制矩阵传递至数字微镜设备与空间光调制器；所述数字微镜设备的调制矩阵对光束的空间几何分布进行调制，所述空间光调制器的调制矩阵对光束的空间相位进行调制；

步骤三：激光触发模块给激光器输送工作信号，激光器输出激光；数字微镜设备根据调制矩阵对入射激光进行相应的空间几何分布调制，形成所需结构的空间结构光束；数字微镜设备调制后的空间结构光束照射至空间光调制器靶面，空间光调制器内部的液晶单元根据调制矩阵对光束进行相应空间相位调制，形成散斑光场，散斑光场照射至被测目标，单像素探测器接受信号；多次测量后，利用关联公式计算恢复被测目标形貌，即实现液晶相控阵鬼成像；

G(x,y)＝I_r(x,y)·B_r-I_r(x,y)B_r

其中，G(x,y)代表目标函数，·为M次测量的均值运算；I_r(x,y)为预设的参考散斑光场，B_r为单像素探测器采集得到的总光强信号，下标r代表第r次测量；

步骤一具体实现方法为，

步骤1.1：根据所需投影散斑结构，确定数字微镜设备的调制矩阵，所述数字微镜设备的调制矩阵为任意所需的平面结构；经数字微镜设备调制产生振幅分布为P(x,y)、初始相位为零的单色光；

步骤1.2：根据所需投影散斑结构，计算空间光调制器对应的调制参数；

步骤1.1调制产生的单色光均匀垂直照射到空间光调制器靶面，空间光调制器内部液晶单元在x方向和y方向上的调制相差分别为其中k为波数；

其中，d为光学相控阵单元周期、s为单元有效区域宽度、l为光学相控阵尺寸，下角标为其在空间光调制器像素的所在坐标系，θ_y0为光束在远场y轴上的偏转角度、θ_x0为光束在远场x轴上的偏转角度，x为远场x轴坐标，y为远场y轴坐标，Rect(x)为矩形窗函数，Comb(x)为梳状函数，“*”表示卷积运算；根据光学理论，远场光的复振幅分布正比于光学相控阵出射面上光波复振幅的傅里叶变换；对公式(1)做傅里叶变换，则远场光束的复振幅分布表示为

根据所需预设散斑大小；其散斑半角宽度△θ计算公式：

F[]为傅里叶变换，λ为激光波长，△θ_x、△θ_y分别为夫琅禾费衍射区中x轴与y轴上采样光斑的半角宽度，N_x为列数，N_y为行数，θ_x为光束x方向角度，θ_y为光束y方向角度；

参数θ_x0、θ_y0即为相控阵的偏转角度，同时也为空间光调制器所需的调制参数；其计算方法为：其中

分别为基于光学相控阵原理在相位延时模块，此处为空间光调制器x轴像素和y轴像素上的相位延时通常以2π为模。