[发明专利]基于相空间光学的数字自适应校正方法及系统

说明书

本发明提供一种基于相空间光学的数字自适应校正方法及系统。本发明先构建基于相空间的光学系统，再对采集到的相空间信息进行三维重建，使用数字计算的手段，在图像的重建迭代中同时进行像差校正，从而去除成像系统或者成像样本带来的像差，极大程度地提升成像性能，使其适用于更快速、更复杂的成像环境之中，且区别于传统自适应光学技术，本发明不需要空间光调制器或者变形镜阵列等硬件支持实现像差矫正，可以仅通过数字计算后处理的方法来实现光学像差的数字校正，同时可以对不同空间位置同时进行不同像差的校正，相比硬件校正方法更便捷更高速，是一种去除光学系统像差的新方法。

技术领域

本发明属于光学成像、信息处理领域。

背景技术

自适应光学是光学研究中的重要分支之一。该技术使用于光学成像系统之中，能够对成像过程中的种种干扰因素进行有效补偿。这些干扰因素，包括宏观上的大气湍流影响、微观上的生物组织强散射性以及光学成像系统本身的误差等，会造成成像过程中的波前畸变。自适应光学能够有效缓解波前畸变，从而提升成像质量，已经广泛用于天文学观测、生物显微成像等诸多领域之中，均取得重大进展。

而另一方面，基于相空间的光学成像系统也是近年来光学研究的一大热点。相空间信息同时具有空间信息和角度信息，属于四维空间。四维相空间的成像能够获取比传统二维成像更多的信息，从而可被用于三维重建之中，是目前三维成像的主要方法。但是，由于物体的散射性、成像系统设计和搭建时的误差，基于相空间的光学成像系统受到光学像差的影响尤为明显。尤其是在显微成像领域之中，相空间显微镜意在对显微样本的三维体积进行成像，但由于显微样本深层处折射率不均一、散射极强，往往会对成像带来极大的波前畸变。所以相空间显微镜并不能完全发挥出高分辨率三维成像的性能。而也有研究将自适应光学引入显微成像领域，但通常是引入空间光调制器对波前进行整形，降低了成像速度，难以实现实时成效。因此，相空间光学技术在高像差场景下表现出较大的局限性；而且在高速观测中，难以与传统自适应校正方法结合，实际应用场景有限。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于相空间光学的数字自适应校正方法及系统，通过数字的方法校正相空间光学成像过程中的像差，从而提升相空间光学系统的成像性能，使其用于更快速、更复杂的成像环境之中。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种基于相空间光学的数字自适应校正系统，包括：

光学输入模块，用于将物体输入信号转化为光学信息；

相空间调制模块，对放置在像面附近的微透镜阵列进行调制，将带有物体信息的光学信号转化为相空间四维信息；

采集模块，用于记录三维场景在各个视角方向上的相空间图像；

同步触发模块，用于所述相空间调制模块与所述采集模块的同步硬件控制、同时触发；

数字自适应校正三维重建模块，用于在迭代重建三维信息或者二维图像的过程中，利用光场的多视角信息估计光学像差，并将像差信息用于重建过程中以去除像差。

在一些可选的实施例中，所述数字自适应校正三维重建模块，包括：

三维重建模块，用于使用迭代算法对四维相空间信息进行一次三维或二维重建，得到被重建的三维体积或二维图像；

光学像差估计模块，用于沿不同子孔径，对所述被重建的三维体积或二维图像进行前向投影，得到四维前向投影，并比较所述四维前向投影与四维相空间分布，计算两者之间的光流分布，再根据系统参数校正光流分布，去除散焦相位与平移相位的影响，从而估计出不同子孔径下的光学像差；