[发明专利]基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质

说明书

本发明提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质，该系统包括依次设置的He‑Ne激光器、准直扩束镜、空间光调制器、待成像目标物体、计数器、时间积分桶探测器、差分器、计数器以及计算机。本发明将异步探测技术引入到计算鬼成像系统中，通过计数器来调节和控制照明光源与时间积分桶探测器之间的刷新频率，消除了计算鬼成像过程中的同步性要求，降低了时间积分桶探测器的匹配要求和仪器成本，提高了计算鬼成像技术的实用性；将差分算法引入到计算鬼成像系统中，通过差分器对时间积分桶探测器获得的信息进行差分运算，可以有效地消除成像过程中的本底噪声，提升计算鬼成像的图像质量。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质。

背景技术

计算鬼成像技术是近年发展起来的一种新型的无透镜成像方式，主要利用两个同源光场之间的强度涨落关联来获取未知目标物体的图像信息。在计算鬼成像的过程中，首先将一束已准直扩束的平行光束垂直照亮可编程的空间光调制器，再将经空间光调制器调制后的光场用于照明待成像的目标物体；然后利用一个无空间分辨能力的桶探测器来接收经物体调制后的光场强度。计算鬼成像过程中的参考光场可通过衍射积分公式计算获得，最后将桶探测器收集到的光场强度与参考光场的强度分布进行关联运算，便可获得目标物体的图像信息。相比于传统透镜成像，计算鬼成像技术具有很强的抗干扰能力。因为该技术只需利用桶探测器来接收光能量便可完成鬼成像，并且无需使用透镜成像，可以实现多种复杂环境下未知目标物体的光学成像。由于其独特性质，计算鬼成像技术已经在水下成像、遥感成像、医疗成像、天文观测以及军事侦查等领域展现出巨大的应用价值，为解决传统成像技术难以在复杂环境下的成像问题提供了一种行之有效的新方法。

尽管计算鬼成像技术具有一系列的优势，但在实际应用方面，目前该技术还存在一些不足。例如，采样次数多，在计算鬼成像实验过程中实现一次鬼成像需要成千上万次的采样，这极大地降低了计算鬼成像技术的成像效率；又如，同步性要求高，桶探测器的探测频率必须与照明光源的刷新频率严格保持一致，这大幅度地提高了桶探测器的匹配性要求和仪器成本；再如，重构图像质量差，成像系统中的本底噪声难以消除，这严重影响了计算鬼成像技术在高清成像领域的应用。最近，研究人员提出了一种基于异步探测的计算鬼成像技术方案，可以有效地降低成像过程中的同步性要求和仪器成本，但又在一定程度上增加了成像所需的采样次数。

基于此，有必要提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统与方法，以解决现有技术中计算鬼成像技术中存在成像效率低、同步性要求高以及图像质量差的问题。

发明内容

为此，本发明的实施例提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统、方法及存储介质，用于解决上述技术问题。

本发明提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像系统，其中，所述系统包括在光路上依次设置的：

He-Ne激光器、准直扩束镜、空间光调制器、待成像目标物体、时间积分桶探测器、差分器、计数器以及计算机，其中，所述空间光调制器与所述计数器之间用于放置所述待成像目标物体；

所述空间光调制器与所述时间积分桶探测器通过所述计数器相连接，所述空间光调制器与所述差分器通过所述计算机相连接，所述时间积分桶探测器与所述计算机通过所述差分器相连接，所述计算机用于通过基于异步差分探测的计算鬼成像技术获取待成像目标物体的图像信息。

本发明还提出一种基于异步差分探测的计算鬼成像方法，其中，应用如上所述的基于异步差分探测的计算鬼成像系统实现，所述方法包括如下步骤：

步骤一、利用准直扩束镜对He-Ne激光束进行准直和扩束以产生均匀分布的平行光束：

通过控制He-Ne激光器的支架，旋钮调节He-Ne激光束的发射方向，使He-Ne激光束保持水平发射，然后利用准直扩束镜对He-Ne激光束进行准直与扩束调节，以产生均匀分布的平行光束；