(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221084613 6.9 (22)申请日 2022.07.04 (71)申请人 杭州电子科技大 学 地址 310000 浙江省杭州市下沙经济开发 区白杨街道 2号大街1 158号 (72)发明人 侯昌伦　侯明轩　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 王琛 (51)Int.Cl. G01N 21/47(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种基于动态散射介质的自调制关联成像 系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于动态散射介质的自 调制关联成像系统， 其中激光穿过扩束准直装 置， 经过含有随机流动散射介质的透明玻璃槽形 成动态散斑， 该动态散斑通过可调光阑后由分光 棱镜分为两束相同光束： 其中一束由CCD阵列探 测器采集， 称为参考光路； 另一束光通过与参考 光路相同距离， 作用于待测物体后经过4f透镜系 统由点探测器接收， 称为信号光路； 将CCD 采集到 的散斑阵列信息与点探测器采集到的物体光强 信息进行关联运算， 即得到待测目标物体的重构 图像。 本发 明通过关联 成像技术与光路环境介质 的紧密结合， 充分直接利用成像环 境对光源信号 的干扰进行图像重构， 对 水下、 水雾、 烟雾等散射 介质成像具有重要意 义。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115236037 A 2022.10.25 CN 115236037 A 1.一种基于动态散射介质的自调制关联成像系统， 其特征在于： 包括光学单元以及电 学单元， 所述光学单元包括氦氖激光器、 扩束准直部件、 填充有散射介质的透明玻璃槽、 可 调光阑、 分光棱镜以及会聚收光部件， 所述电学单元包括点探测 器、 CCD阵列探测 器以及上 位机， 待测目标物体设于分光 棱镜与会聚收光部件之间， 其中： 所述氦氖激光器用于产生连续的激光； 所述扩束准 直部件用于对激光做扩束准 直处理； 所述透明玻璃槽用于对 扩束准直后的光束 进行散射形成随机的动态散斑； 所述可调光阑用于调节动态散斑的横向尺寸大小； 所述分光棱镜用于将通过可调光阑调节后的动态散斑分成相同的两束光， 其中一束光 将照射到待测目标物体上， 另一束光作为 参考光路； 所述会聚收光部件用于会聚透过待测目标物体的光束； 所述点探测器用于 探测透过待测目标物体会聚后光束的强度涨 落信息； 所述CCD阵列探测器用于 探测参考光路的光场空间分布信息； 所述上位机用于对点探测器和CCD阵列探测器的信息同步采集进行控制， 并对两者采 集到的信息进行预处理， 进而基于这些信息进行关联运算以及图像重建， 从而得到待测目 标物体的重建图像。 2.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述氦氖激光器采用以中 性原子气体氦和氖作为工作物质的气体激光器， 以连续激励方式输出 连续激光。 3.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述扩束准直部件采用扩 束器与会聚透镜组合实现， 所述可调光阑采用手动光阑可变光圈或光学挡光器实现， 所述 分光棱镜采用分束棱镜或光学分片实现， 所述会聚收光部件采用透镜或透镜与滤光片组合 实现。 4.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述透 明玻璃槽以金刚砂 浑浊液体、 玻璃砂浑浊液体、 水雾、 烟雾、 牛奶等散射介质作为填充， 用以对光束进 行散射处 理。 5.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述点探测器采用盖革模 式雪崩二极管或增强型电荷耦合器件， 所述CCD阵列探测 器采用盖革模式雪崩二极管阵列 或增强型电荷耦合器件阵列。 6.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述分光棱镜与待测目标 物体的距离L1以及分光 棱镜与CCD阵列探测器的距离L2， 需满足L1＝L2。 7.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述分光棱镜与待测目标 物体的距离L1以及分光棱镜与CCD阵列探测器的距离L2， 需满足|L1‑L2|＜L， L为激光经过扩 束准直部件和透明玻璃槽后所 得光场的纵向相干 长度。 8.根据权利要求1所述的自调制关联成像系统， 其特征在于： 所述上位机对点探测器和 CCD阵列探测器的信息同步采集进 行控制， 以控制每次采集的次数以及持续时间， 同时对采 集到的信息进行预处理并记录， 进而根据这些信息进行关联运算以及图像重建， 从而得到 待测目标物体的重建图像， 所采用的算法可以是传统关联成像算法、 归一化关联成像算法、 差分关联成像算法、 伪逆算法、 压缩感知算法或二 值化关联成像算法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115236037 A 2一种基于动态散射介质的 自调制关联成像系统 技术领域 [0001]本发明属于光学设备技术领域， 具体涉及 一种基于动态散射介质的自调制关联成 像系统。 背景技术 [0002]不同于传统光学成像需要使用阵列探测器获取待测物体的图像信息， 关联成像通 过使用两路光束的光场强度关联运算来 获得物体的像， 两路光束分别为信号光束和参考光 束， 信号光束透过物体后由不具备 空间分辨能力的桶探测器接收， 参考光束用作测量矩阵， 不经过物体， 在空间自由传播后由具备空间分辨能力的阵列探测器接 收。 通过对桶探测器 与具备空间能力的探测器所收集到的信息进 行关联计算即可获得物体的像。 由于在成像过 程中， 只收集了物体的光强信息， 桶探测器 收集的光强可以抗大气湍流、 水雾、 光线明度不 佳等影响成像的不利条件， 故关联成像可在许多极端环境下成像。 与传统成像相比， 关联成 像还可实现单像素成像、 无透 镜成像等， 近年 来受到人们广泛关注。 [0003]激光穿过散射物质或者悬浮在介质中的粒子时会出现散斑， 这是由于光在传 播时 受到传播介质中分子或原子的作用而改变其光强的分布、 偏振状态或频率继而造成散射。 现实生活中， 光学成像的应用无处不在， 而由于光透过散射介质时产生的散射现象导致成 像不佳， 甚至无法实现成像， 例如在水下、 水雾、 烟雾等情况下空间观察和遥感测绘无法进 行， 给人们生活带来很多不变， 所以对散射介质下成像的研究对 改善人们生活和社会的进 步具有重要意 义。 [0004]传统的基于赝热光的关联成像系统， 是由一束氦氖激光器发射出的光源， 经过扩 束准直系统后穿过缓慢旋转的毛玻璃， 用旋转的毛玻璃散射相干光束产生类似真热光源分 布的赝热光源， 经由分光棱镜分为信号光路和参考光路。 透射型物体位于信号光路上， 光束 透过目标后由桶探测器测量光 强信息， 参考光路放置一个CCD 探测器， 测量光场的空间分布 信息， 将两条光路的数据进行关联计算， 就可以得 出目标物体的图像信息 。 [0005]随着环境探测及开发的持续发展， 对水体、 水雾、 烟 雾等散射介质环境下激光成像 技术的要求不断提高， 关联成像由于其高分辨率及抗散射及抗湍流等特点在散射介质探测 领域有望发挥重要作用。 在散射介质环境中关联成像系统同时受到散射特性和湍流影响， 有关散射介质和湍流环境关联成像的研究尚处在初步阶段， 目前较多的探索在处理关联成 像系统在散射介质中的图像重构与图像质量 提高等方面。 [0006]综上所述， 现有的散射介质中关联成像系统的成像方案， 旨在通过改变光路或成 像算法消除散射介质的影响。 关联成像计算过程中， 需要有随时间变化的随机的光能量分 布， 传统方法主要是通过三种 方式来实现随时间随机变化的光强空间分布： ①通过在光路 中加入运动的毛玻璃片； ②光路中加入D MD调制器或者液晶空间光调制器， 动态随机调制光 强空间分布； ③控制照明光源(通常是阵列光源)的照明模式， 实现光能量随时间在空间随 机分布。 这些实现随时间随机变化的光强空间分布系统会增 加系统的复杂度和成本 。 [0007]研究人员分别在信号光路、 参考光路添加散射介质探究其客观规律， 然而忽略了说　明　书 1/5 页 3 CN 115236037 A 3