[发明专利]一种液晶相控阵鬼成像系统及其成像方法

说明书

本发明公开的一种液晶相控阵鬼成像系统及其成像方法，属于光电成像领域。本发明公开的一种液晶相控阵鬼成像系统包括激光器、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。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；激光触发模块用于控制激光器工作状态；符合计算模块用于计算成像；第一透镜组用于调焦；所述第二透镜组用于会聚光束。本发明还公开一种液晶相控阵鬼成像方法，基于所述一种液晶相控阵鬼成像系统实现，本发明能够在保证获得所需结构的散斑光场条件下，简化液晶相控阵鬼成像系统结构复杂度，具有形式灵活和成像效率高的优点。

技术领域

本发明属于光电成像领域，特别是涉及一种相控阵鬼成像系统及其成像方法。

背景技术

鬼成像是近三十年来量子光学领域发展出的一种新型光学成像技术，鬼成像的成像方法与传统的透镜成像方法不同，该方法包括参考臂和探测臂，参考臂为高分辨率阵列式探测器，探测臂为桶探测器，其中桶探测器收集光路经过被探测物体透射或反射作用后的总光强信息，阵列探测器所在光路不包含待测物体，收集的只是光源自由传播一段距离后的光场信息。两者都无法单独对目标成像，但当这两臂信号进行二阶互相关运算后能够反演出被探测物体的信息。鬼成像具有非局域性，可以在不包含物体的光路上成像；成像空间分辨率高，可以突破衍射极限；可消除大气湍流和散射介质对成像的影响。所以鬼成像在遥感、医学、显微成像，以及弹载、星载成像探测等方面有着潜在的应用价值。

光学相控阵技术的概念来源于传统的微波相控阵，光相控阵是以工作在光波段的激光作为信息载体，因而不受传统无线电波的干扰，而且激光的波束窄，不易被侦察，具备良好的保密性；此外光相控阵可以集成在一块芯片上，尺寸小，重量轻，灵活性好，功耗低。这些优势使得光相控阵在自由空间光通信，光检测和测距、图像投影、激光雷达和光学存储等领域有着极大的应用前景。

随着电子技术的快速发展，相控阵技术的应用有利于提高随机散斑生成效率，例如：在《Optics Express》期刊上的题为“High frame-rate computational ghost imagingsystem using an optical fiber phased array and a low-pixel APD array”的文章将光纤相控阵列用于鬼成像，搭建了一套高速的计算鬼成像系统。在该方案中，激光器发出的激光首先传输至光纤放大器进行功率放大后被光纤耦合器分成多束相干光，传输至电光相位调制器进行随机相位调制，最后经过光纤阵列形成特定结构的快速时变散斑光场。相比于传统鬼成像装置，加快了散斑场变化速率，相应提高了成像速率，大幅促进了鬼成像在实际动态场景中的应用。由此，关于相控阵鬼成像的研究逐渐兴起，随着对相控阵鬼成像结构与关键技术的深入研究，已经为其实用化做了良好铺垫。然而现有的一些基于光纤阵列的鬼成像方法系统结构复杂，包含光纤放大器、光纤耦合器、电光相位调制器等众多器件，不利于系统的小型化集成。同时受限于光纤阵列的排列方式，其多为环形、正方形、六角形等，相应形成的散斑光场比较单一。

发明内容

本发明公开的一种液晶相控阵鬼成像系统及其成像方法，要解决的技术问题是：提供一种能够生成所需结构散斑光场的液晶相控阵鬼成像系统及其成像方法，且能够在保证获得所需结构的散斑光场条件下，简化液晶相控阵鬼成像系统结构复杂度，具有形式灵活和成像效率高的优点。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

本发明公开的一种液晶相控阵鬼成像系统，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。