[发明专利]一种非侵入式散斑定向成像方法

说明书

本发明公开了一种非侵入式散斑定向成像方法，涉及光学、激光成像技术，包括以下步骤：控制光源的照射位置，获得目标物体针对局部照明和整体照明的两种散斑，将两种散斑通过相位复原算法得到目标物体的图像信息，根据目标物体局部照明的位置信息，将目标物体局部照明图像信息的特征与目标物体整体照明的图像信息特征对比，当两种照明下的物体图像信息匹配时，即为目标物体的实际方位图像。本发明可以简单、快速地确定被测试的目标物体的实际方位，使相位复原算法恢复出物体图像信息更加准确。

技术领域

本发明涉及光学、激光成像技术领域，尤其涉及一种非侵入式散斑定向成像方法。

背景技术

透过散射介质成像在生物医学、遥感探测、军事科学等领域具有重要应用，是一个亟待丰富和发展的研究热点。当携带有效信息的光波透过强散射介质(如生物组织、散射反射面、云层雾气等)时，弹道光子随机散射造成光场杂乱无序，形成看似无任何待测物体信息的散斑场。如何从散斑中提取有效信息成为近年来的一个重要课题。

目前，透过散射介质成像的技术主要有两类：一类是抑制散射效应，将弹道光子和散射光子分离，主流的方法有光学相干层析、双光子及多光子显微成像等，然而它们只适用于薄的散射介质，主要受限于弹道光子随穿透深度增加而指数衰减；另一类不区分弹道光子和散射光子，主流的方法有波前整形以及基于光学记忆效应的散斑相关，能有效的透过散射介质重构原物体的有效信息。

基于波前整形的方法有光学相位共轭、传输矩阵测量等，通过控制光场分布，波前调制技术能够有效地克服介质的散射作用，从而具有较好的成像效果，但它们的实验装置复杂、信息获取时间长。

基于散斑相关的方法包括相位复原法、点扩散函数反卷积以及点扩散函数互相关等。基于点扩散函数的反卷积与互相关成像成功率高，但需要提前获取物体的点扩散函数，很大程度上降低了实现方案的灵活性和普适性。基于光学记忆效应的相位复原算法成像具有非侵入式、单次测量、无先验信息等优点，在散射环境中成像具有独到优势。

光学记忆效应的相位复原算法成像利用在空间非相干光照明下，在光学记忆效应范围内，散斑的自相关等于物体的自相关的特点，进而通过Wiener–Khinchin定理得到物体图像傅里叶变换的模，再结合相位复原算法恢复出物体图像信息。由于物体与其旋转180°后的物体的傅里叶变换模、自相关完全相等(自相关如图1所示)，造成基于相位复原算法的重建像无法区分这两个旋转方位对应的散斑图像，即无法区分物体是否旋转了180°，从而无法准确恢复出目标物体的实际方位。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种非侵入式散斑定向成像方法，可以简单、快速地确定被测试的目标物体的实际方位，使相位复原算法恢复出物体图像信息更加准确。

本发明采用的技术方案如下：

为实现上述目的，本发明提供一种非侵入式散斑定向成像方法，包括以下步骤：

控制光源的照射位置，获得目标物体针对局部照明和整体照明的两种散斑，将两种散斑通过相位复原算法得到目标物体的图像信息，根据目标物体局部照明的位置信息，将目标物体局部照明图像信息的特征与目标物体整体照明的图像信息特征对比，当两种照明下的物体图像信息匹配时，即为目标物体的实际方位图像。

作为优选，所述的图像信息是指基于相位复原算法的重建像。

作为优选，两种照明下的物体图像信息匹配具体是指：根据目标物体局部照明相对于整体照明的位置关系，先判断出局部照明下物体图像信息的特征，将局部照明下正确的物体图像信息与整体照明下物体的图像信息对比，当两种图像信息有重合，且空间关系和照明位置关系一致时即为图像信息匹配。

作为优选，所述光源为低空间相干性光源，光源的照射位置可扫描、照射光斑面积可调。低空间相干性光源用于实现散斑相关成像、照明物体局部、整体以及大视场角物体的逐块扫描成像。