[发明专利]基于反卷积方法的穿透散射介质量子成像系统

说明书

基于反卷积方法的穿透散射介质量子成像系统，属于光学成像领域，本发明为解决量子成像受到散射介质干扰而发生图像畸变的问题。本发明包括光束发射部、光束接收部和散射介质；光束发射部发射的光束经散射介质到达成像目标表面，再从成像目标表面反射穿透散射介质，回波光束被接收光学部接收并成像；首先，光束发射部利用空间光调制器调制产生点源光束，光束接收部获得穿透散射介质量子成像系统的点扩散函数；然后，光束发射部利用空间光调制器调制产生轨道角动量光束，光束接收部获得穿透散射介质量子成像系统的畸变图像；将点扩散函数和畸变图像一起输入到反卷积模块中解算，重建出隐藏在散射介质后面的目标图像。

技术领域

本发明涉及穿透散射介质量子成像技术，属于光学成像领域。

背景技术

穿透散射介质量子成像是现代光学的基本问题之一，对科学和技术领域都具有重要的意义，特别是在生物组织内成像、浑浊水体探测成像、穿透大气成像等方面。在强散射条件下，通过传统的光学成像系统进行观测时会得到发生严重畸变的图像。例如透过毛玻璃或者浑浊水体来观察事物的时候只能看到一片模糊的东西；穿透云层成像探测时光束散射严重会有大量的信息缺失。在这类发生严重畸变成像场景下依靠传统的成像处理手段很难清晰地对目标物体进行成像。

发明内容

针对量子成像受到散射介质干扰而发生图像畸变的问题，本发明提供一种基于反卷积方法的穿透散射介质量子成像系统。

本发明所述基于反卷积方法的穿透散射介质量子成像系统，包括光束发射部、光束接收部和散射介质6；光束发射部发射的光束经散射介质6到达成像目标7表面，再从成像目标7表面反射穿透散射介质6，回波光束被接收光学部接收并成像；

首先，光束发射部利用空间光调制器4调制产生点源光束，光束接收部获得穿透散射介质量子成像系统的点扩散函数；

然后，光束发射部利用空间光调制器4调制产生轨道角动量光束，光束接收部获得穿透散射介质量子成像系统的畸变图像；

将点扩散函数和畸变图像一起输入到反卷积模块中解算，重建出隐藏在散射介质后面的目标图像。

优选地，反卷积模块采用维纳反卷积模块，嵌入光束接收部中。

优选地，将点扩散函数和畸变图像一起输入到反卷积模块中解算，重建出隐藏在散射介质后面的目标图像，按下式进行解算：

重建目标图像

式中：

F{·}表示傅里叶变换，

F{·}^*表示取共轭，

F^-1{·}表示傅里叶逆变换，

γ为常数，取值为0.0001。

优选地，光束发射部包括激光器1、单模光纤2、准直器3、空间光调制器4和发射光学系统5，光束接收部包括接收光学系统8、阵列探测器9和计算机10；

激光器1产生激光信号，经过单模光纤2获得单横模高斯模式，然后经过准直器3光束准直输出至空间光调制器4；

空间光调制器4先加载设计的点源相位产生点源光束，点源光束再经过发射光学系统5发射出去；点源光束穿透散射介质6达到成像目标7表面，再从成像目标7表面反射穿透散射介质6，回波光束被接收光学系统8接收，阵列探测器9收集接收光束将图像输入到计算机10中，此时得到的图像为穿透散射介质量子成像系统的点扩散函数PSF；

然后，空间光调制器4加载设计的叉形光栅产生轨道角动量光束，轨道角动量光束经过发射光学系统5发射出去，轨道角动量光束穿透散射介质6达到成像目标7表面，再从成像目标7表面反射穿透散射介质6，回波光束被接收光学系统8接收，阵列探测器9收集接收光束将图像输入到计算机10中，此时得到的图像为穿透散射介质量子成像系统的畸变图像I；