[发明专利]一种透过散射介质的激光散斑流速检测方法和装置

摘要

本发明公开了一种透过散射介质进行流速检测的光学成像方法及其装置。该方法基于散射介质的光学记忆效应，利用空间光调制器对光波经过散射介质后产生的随机相位进行补偿匹配，并进一步结合激光散斑衬比分析方法，实现透过散射介质的流速成像。其装置包括：激光器发出的光束经准直扩束系统后照明物平面及散射介质；散射介质后表面通过4f系统成像到空间光调制器上，经过空间光调制器调制的光沿着光路反射到分光片，通过透镜五被CCD或CMOS相机接收。本发明具有无损伤、非接触、能够透过散射介质实时宽场流速成像的优点。

主权项

1.一种透过散射介质的激光散斑流速检测方法，其步骤包括以下：/n(1)准直激光光束照射物平面及物平面后的散射介质，所述散射介质后表面经过4f成像系统成像到空间光调制器上，经过空间光调制器调制的光沿着光路反射到分光片后，一束到达挡光板，另一束通过透镜被CCD或CMOS相机接收；/n(2)绘制中心为亮斑，背景为黑，与CCD或CMOS相机的分辨率、位深相同的灰度图像，作为目标图像；/n(3)基于遗传算法，随机初始化一组随机相息图，依次加载到空间光调制器上，并利用CCD或CMOS相机同步拍摄加载的随机相息图时，经点物、散射介质和空间光调制器后的图像；/n(4)分别计算拍摄到的一组CCD或CMOS图像与所述步骤(2)中目标图像的相关系数，并将所述相关系数中的最大值作为遗传算法的目标值；根据这一组相关系数，将所述目标图像分别相对应的相息图，做交叉、变异、重组，产生下一组的相息图；/n(5)将所述步骤(4)计算得到的相息图，依次加载到空间光调制器上，并利用CCD或CMOS相机同步拍摄点物经散射介质和空间光调制器后所形成的图像；/n(6)重复对所述步骤(4)-(5)，循环迭代，直至达到设置的最大迭代次数或相关系数大于设置的目标值，得到了最佳匹配散射介质的相息图；/n(7)加载所述最佳匹配散射介质的相息图到空间光调制器，移动点光源，基于散射介质的光学记忆效应，实现透过散射介质的宽场成像，其成像视野由公式(1)决定；/nFOV＝Rλ/πL (1)/n其中：R是成像物体与散射介质的距离，λ为成像系统所用光波波长，L为散射介质厚度；/n(8)在物平面处放置所要观察的运动物体或者流体，用CCD或CMOS相机通过所述成像系统，连续采集N帧被测对象的激光散斑图像；/n(9)利用激光散斑时间衬比分析方法，取出各帧图像中相同位置处对应的像素，组成大小为N个像素的像素集，利用公式(2)计算该时间轴上的衬比K_t；/n /n其中，I_p代表N帧图像中同一位置处对应N个像素中第p个像素的灰度值，为这N个像素灰度的平均值；/n(10)利用所得K_t值计算该像素处的流速值V(i,j)/n /n其中，c为矫正系数；/n(11)遍历步骤(8)所述激光散斑图像中所有的像素，获得所有像素对应的V(i,j)，分别以每个像素对应的V值为灰度，重建得到二维的相对流速图像。/n