[发明专利]基于计算鬼成像的高分辨率微视觉系统及获取图像的方法

摘要

本发明公开基于计算鬼成像的高分辨率微视觉系统及获取图像的方法，系统在光路上依次包括激光光源、第一光阑、激光扩束镜、准直透镜、第二光阑、起偏器、空间光调制器、检偏器、第三光阑、反光镜、分束镜、会聚透镜、CCD相机；还包括位于分束镜另一光路上的精密定位载物台；精密定位载物台与计算机连接，计算机还分别与空间光调制器与CCD相机连接，计算机通过计算鬼成像技术获取高分辨率图像。本发明结构简单紧凑，由于采用光场强度关联测量恢复物体信息，消除了经典光学系统成像畸变的问题，可以获得高准确度和对比度的图像。本发明非常有利于微视觉系统的设计及鬼成像技术的研究。

主权项

1.一种基于计算鬼成像的高分辨率微视觉系统获取图像的方法，所述高分辨率微视觉系统在光路上依次包括激光光源、第一光阑、激光扩束镜、准直透镜、第二光阑、起偏器、空间光调制器、检偏器、第三光阑、反光镜、分束镜、会聚透镜、CCD相机；还包括位于分束镜另一光路上的精密定位载物台；其特征是包括如下步骤：(1)利用空间光调制器对激光光强进行调制；通过计算机生成K张M×M的随机散斑图，K、M、N为正整数，散斑图的中心是一个N×N有效散斑区域，且N≤M，有效散斑区域的周围区域为白色，然后将散斑图转换为全息图并存储到硬盘；取一张全息图加载到空间光调制器上，并调节激光源、第一～第三光阑、激光扩束镜以及准直透镜，使激光扩束镜产生的光斑能完全覆盖加载到空间光调制器上有效全息区域即对应散斑图上的有效散斑区域；通过不断的加载新的全息图，能实现对激光光强的调制；(2)利用CCD相机采集物体表面的光强强度变化；调节精密定位载物台，使被测物体的目标区域完全被激光束覆盖；接着调整会聚透镜以及CCD相机的位置，使CCD相机能够接收到被测物体目标区域的反射光；然后通过计算机控制空间光调制器与CCD相机同步工作，即空间光调制器每加载一副全息图，CCD相机就立即拍下被测物体目标区域的光强变化，并将对应的图片保存；将得到的图片的所有像素的灰度值累加，记为Bi，i表示测量的次数，由此可得到测试光路的光强涨落信息；(3)通过计算机模拟获取参考光路光强涨落信息；激光束未经空间光调制器调制时，在空间光调制器平面处的场强为Es(xs,ys)；激光束经过空间光调制器调制后，其场强为Eo(x,y)＝Es(xs,ys)Em(x,y)上式中Em(x,y)表示用于调制的场强；激光束经过空间光调制器调制后，在参考光路CCD相机处的场强为上式中(x,y)，(xs,ys)分别表示CCD相机平面、空间光调制器平面的直角坐标；Dr表示CCD相机到空间光调制器的距离；λ为激光的波长；Eo(x,y)表示激光束经空间光调制器调制后的场强；由上式可以得到CCD相机处的光强为Ir(x,y)＝Er(x,y)Er*(x,y)上式中Er(x,y)表示激光束经过空间光调制器调制后在参考光路CCD相机平面处的场强，Er*(x,y)表示Er(x,y)的共轭函数；(4)进行强度关联运算，获取被测物体图像；将(2)和(3)中得到的测试光路和参考光路的光强涨落信息进行关联，即上式中N表示测量次数；表示第i次测量运算得到的参考光路CCD相机处的光强；对G(x,y)进行归一化，即Gfinal(x,y)＝G(x,y)/max(G(x,y))max(G(x,y))表示取G(x,y)中的最大值；由上式可以得到被测物体目标区域的图像信息，即Gfinal(x,y)。