本發(fā)明涉及熱光關(guān)聯(lián)非定域“鬼”成像和空間光信息處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

經(jīng)典的阿貝成像所利用的光源是激光光源，在此成像系統(tǒng)中要求利用空間相干熱光源，在系統(tǒng)中放置一個(gè)狹縫作為簡(jiǎn)易的濾波器，可以過(guò)濾物體的空間頻譜信息，從而得到一定方向上的物體的像。

阿貝成像原理在現(xiàn)今工程設(shè)計(jì)上有諸多應(yīng)用，例如θ調(diào)制和圖像加密等能夠?qū)D像進(jìn)行有意識(shí)的處理從而得到特定圖像。而傳統(tǒng)的阿貝成像機(jī)制中物體、透鏡和狹縫在同一光路，在應(yīng)用中受到很大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像方法及其系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的物體、透鏡和狹縫在同一光路，并且要求利用相干光源等在應(yīng)用中受到很大的限制的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像系統(tǒng)，其包括：激光器、毛玻璃、分束器(或者分束鏡)、成像透鏡、濾波器、第一圖像探測(cè)器、第二圖像探測(cè)器以及計(jì)算機(jī)；

所述激光器發(fā)出激光光束照射在所述毛玻璃上，所述毛玻璃用于將所述激光光束轉(zhuǎn)變成非相干光束；

所述分束器設(shè)置在所述非相干光束的光路上，用于將所述非相干光束按照光強(qiáng)均分為第一光束和第二光束；

所述第一光束的光路為第一光路(或稱(chēng)取樣光路)；

所述第二光束的光路為第二光路(或稱(chēng)參考光路)；

所述第一光路上依次設(shè)置有待測(cè)物體和所述第一圖像探測(cè)器；

所述第二光路上依次設(shè)置有所述成像透鏡、所述濾波器和所述第二圖像探測(cè)器；

所述計(jì)算機(jī)分別與所述第一圖像探測(cè)器和第二圖像探測(cè)器連接，用于同步采集所述第一光束和所述第二光束的圖像信息并進(jìn)行關(guān)聯(lián)測(cè)量和計(jì)算得到待測(cè)物體的像。

本發(fā)明利用激光相干光束照射旋轉(zhuǎn)的毛玻璃獲得在空間上有強(qiáng)度漲落分布的非相干熱光源，并最終通過(guò)計(jì)算機(jī)關(guān)聯(lián)測(cè)量和計(jì)算得到待測(cè)物體的像，即獲得阿貝成像的效果。在實(shí)際應(yīng)用中非相干光源更具有普遍性，更容易獲取。本發(fā)明解除了傳統(tǒng)阿貝成像對(duì)光源相干性的要求，大大拓寬了阿貝成像空間濾波的應(yīng)用范圍。

進(jìn)一步地，所述毛玻璃可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置，毛玻璃持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)用于將所述激光光束轉(zhuǎn)變成在空間上有強(qiáng)度漲落分布的所述非相干光束。

進(jìn)一步地，所述激光器為氦氖激光發(fā)生器。

進(jìn)一步地，所述毛玻璃通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述激光器與所述毛玻璃之間的光路上設(shè)置有兩個(gè)偏振片，兩個(gè)所述偏振片在通光方向上間隔設(shè)置用于調(diào)整所述激光光束的強(qiáng)度。

進(jìn)一步地，所述偏振片與所述毛玻璃之間的光路上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述激光光束截面大小的擴(kuò)束透鏡。

其中，擴(kuò)束透鏡可以擴(kuò)大激光光束橫截面大小。

進(jìn)一步地，所述毛玻璃與所述分束器之間的光路上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述非相干光束橫截面大小的光闌。

通過(guò)調(diào)節(jié)光闌，可以調(diào)節(jié)阿貝成像系統(tǒng)成像的分辨率。光闌越大，探測(cè)器探測(cè)面上的散斑尺寸越小，系統(tǒng)的分辨率越高。

進(jìn)一步地，所述分束器為非偏振分束器。

進(jìn)一步地，所述濾波器設(shè)置在所述成像透鏡的后焦平面上。

進(jìn)一步地，所述濾波器為狹縫。

進(jìn)一步地，所述待測(cè)物體緊貼靠在所述第一圖像探測(cè)器上。

進(jìn)一步地，所述激光器產(chǎn)生的激光光束經(jīng)反射鏡反射后進(jìn)入并通過(guò)所述偏振片。

其中，所述待測(cè)物體為具有空間結(jié)構(gòu)分布的任意透光物體，例如為待測(cè)光柵等。

本發(fā)明公開(kāi)的一種熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像系統(tǒng)，將待測(cè)光柵等待測(cè)物體和成像透鏡分別置于兩個(gè)子光路(第一光路和第二光路)中，并將狹縫等濾波器放置于成像透鏡的后焦平面，測(cè)量時(shí)，分別對(duì)待測(cè)光柵等待測(cè)物體的信息進(jìn)行了橫向和豎向的濾波，即將狹縫等濾波器垂直放置或者水平放置，來(lái)獲得濾波過(guò)后的圖像。與傳統(tǒng)的濾波相比，本發(fā)明具有非定域性，可操作性強(qiáng)，利用非相干熱光源等特點(diǎn)，所得的圖像真實(shí)地反映了物體一維方向上的信息。

另外，本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用上述成像系統(tǒng)的熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像方法，其具體包括如下步驟：

步驟一，激光器產(chǎn)生的激光光束照射毛玻璃，所述毛玻璃持續(xù)旋轉(zhuǎn)，利用毛玻璃的轉(zhuǎn)動(dòng)將所述激光光束轉(zhuǎn)變成為在空間有強(qiáng)度漲落分布的非相干光束；

步驟二，非相干光束通過(guò)分束器后按照光強(qiáng)均分為第一光束和第二光束；

步驟三，所述計(jì)算機(jī)同步采集所述第一光束和所述第二光束的圖像信息并進(jìn)行關(guān)聯(lián)測(cè)量和計(jì)算得到待測(cè)物體的像。

進(jìn)一步地，所述激光光束的光路上設(shè)置有偏振片，用于調(diào)整激光光束的強(qiáng)度；

和/或，所述激光光束的光路上設(shè)置有擴(kuò)束透鏡，用于調(diào)節(jié)所述激光光束截面大小。

優(yōu)選地，所述激光器產(chǎn)生的激光光束經(jīng)反射鏡反射后，依次通過(guò)兩個(gè)偏振片和一個(gè)擴(kuò)束透鏡后照射并通過(guò)所述毛玻璃。

激光光束照射所述毛玻璃后產(chǎn)生的非相干光束通過(guò)光闌然后進(jìn)入所述分束器；調(diào)節(jié)所述反射鏡，使得激光光束依次透過(guò)兩個(gè)偏振片、擴(kuò)束透鏡的中心。

進(jìn)一步地，調(diào)節(jié)所述第一圖像探測(cè)器和所述第二圖像探測(cè)器，使得第一光束和第二光束的光斑中心分別與所述第一圖像探測(cè)器和所述第二圖像探測(cè)器的十字中心重合。

進(jìn)一步地，所述第一光路上的所述第一圖像探測(cè)器采取桶測(cè)量方法，即第一圖像探測(cè)器沒(méi)有空間分辨能力，只接收物體的信息；所述第二光路上的所述第二圖像探測(cè)器對(duì)所述第二光束的光場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。

進(jìn)一步地，所述第一光路上，所述分束器與所述第一圖像探測(cè)器之間的間距為z1；所述第二光路上，所述分束器與所述成像透鏡之間中心間距為z2，所述濾波器設(shè)置在所述成像透鏡的后焦平面上，所述成像透鏡的焦距為f，所述濾波器與所述第二圖像探測(cè)器之間的間距為z3，則滿(mǎn)足：

進(jìn)一步地，觀察所探測(cè)到的所述第一光束和所述第二光束的光斑強(qiáng)度，并調(diào)節(jié)兩個(gè)所述偏振片，使光斑強(qiáng)度不高于所述第一圖像探測(cè)器和所述第二圖像探測(cè)器的探測(cè)飽和值。

例如，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中探測(cè)器的飽和值為200，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所述第一光束和所述第二光束的光斑強(qiáng)度為90到110之間。

本發(fā)明首次利用激光器進(jìn)行了非定域的阿貝成像，打破了傳統(tǒng)成像機(jī)制中物體、透鏡和狹縫在同一光路的限定，對(duì)物體的空間頻譜信息進(jìn)行了橫向和豎向的調(diào)制，并且利用關(guān)聯(lián)測(cè)量技術(shù)獲得了調(diào)制后的像，實(shí)現(xiàn)了非定域成像系統(tǒng)中的空間濾波。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為2d網(wǎng)格目標(biāo)物體(待測(cè)物體)的放大圖像；

圖3為柵格(濾波器s)水平放置在成像透鏡l的后焦平面上時(shí)獲得的垂直濾波圖案；

圖4為柵格(濾波器s)垂直放置在成像透鏡l的后焦平面上時(shí)獲得的水平濾波圖案。

附圖標(biāo)記：

10-激光器；11-激光光束；12-第一光束；13-第二光束；14-非相干光束；20-計(jì)算機(jī)；g-毛玻璃；bs-分束器；l-成像透鏡；s-濾波器；ccd1-第一圖像探測(cè)器；ccd2-第二圖像探測(cè)器；o-待測(cè)物體；p1-第一偏振片；p2-第二偏振片；p3-光闌；n-擴(kuò)束透鏡；m-反射鏡。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

下面結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供的熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像系統(tǒng)，其包括：激光器10、毛玻璃g、分束器bs(或者分束鏡)、成像透鏡l、濾波器s、第一圖像探測(cè)器ccd1、第二圖像探測(cè)器ccd2以及計(jì)算機(jī)20；ccd(chargecoupleddevice)為ccd圖像傳感器。

激光器10用于發(fā)出激光光束11；激光光束11照射在毛玻璃g上，毛玻璃g用于將激光光束11轉(zhuǎn)變成空間非相干光束14；

非相干光束14通過(guò)分束器bs按照光強(qiáng)均分為第一光束12和第二光束13；

第一光束12的光路為第一光路(或稱(chēng)取樣光路)；

第二光束13的光路為第二光路(或稱(chēng)參考光路)；

第一光路上依次設(shè)置有待測(cè)物體o和第一圖像探測(cè)器ccd1；

第二光路上依次設(shè)置有成像透鏡l、濾波器s和第二圖像探測(cè)器ccd2；

毛玻璃g可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在激光器10和分束器bs之間，毛玻璃g持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)用于激光光束11通過(guò)后形成在空間上有強(qiáng)度漲落分布的空間非相干光束14；

計(jì)算機(jī)20分別與第一圖像探測(cè)器ccd1和第二圖像探測(cè)器ccd2連接，用于同步采集第一光束12和第二光束13的圖像信息并進(jìn)行關(guān)聯(lián)測(cè)量和計(jì)算得到待測(cè)物體o的像。

本實(shí)施例中，激光器10為氦氖激光發(fā)生器。

具體而言，毛玻璃g通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，激光光束11照射通過(guò)毛玻璃g的非轉(zhuǎn)軸區(qū)域以形成非相干光束14。

激光器10與毛玻璃g之間的光路上依次設(shè)置有兩個(gè)第一偏振片p1和第二偏振片p2，兩個(gè)第一偏振片p1和第二偏振片p2在在通光方向上間隔設(shè)置用于調(diào)整激光光束11的強(qiáng)度。

第二偏振片p2與毛玻璃g之間的光路上設(shè)置有用于擴(kuò)大并調(diào)節(jié)激光光束11截面大小的擴(kuò)束透鏡n。

其中，擴(kuò)束透鏡n可以擴(kuò)大激光光束的橫截面大小，使之變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)尺寸大小的光源。

而毛玻璃g與分束器bs之間的光路上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)非相干光束14橫截面大小的光闌p3。

通過(guò)調(diào)節(jié)光闌，可以調(diào)節(jié)阿貝成像系統(tǒng)成像的分辨率。光闌越大，探測(cè)器探測(cè)面上的散斑尺寸越小，系統(tǒng)的分辨率越高。

優(yōu)選地，分束器bs為非偏振分束器或者分束鏡。濾波器s設(shè)置在成像透鏡l的后焦平面上。

而濾波器s為狹縫等簡(jiǎn)易濾波器，當(dāng)然也可以采用其他更為精準(zhǔn)的濾波裝置。

使用時(shí)，第一光路12上的第一圖像探測(cè)器ccd1采取桶測(cè)量方法，待測(cè)物體o緊貼靠在第一圖像探測(cè)器ccd1上，從而使得第一圖像探測(cè)器ccd1沒(méi)有空間分辨能力，只接收物體的信息。

其中，本實(shí)施例中，激光器10產(chǎn)生的激光光束11經(jīng)反射鏡m反射后進(jìn)入并通過(guò)第一偏振片p1和第二偏振片p2。

其中待測(cè)物體為具有空間結(jié)構(gòu)分布的任意透光物體。在本實(shí)施例中，待測(cè)物體o為3行x3列光柵，分辨率為250微米見(jiàn)方；濾波器的縫寬a＝0.3mm，在本系統(tǒng)中光學(xué)器件的像距和物距滿(mǎn)足熱光關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)的高斯透鏡成像公式。

本發(fā)明公開(kāi)的一種熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像系統(tǒng)，將待測(cè)光柵等待測(cè)物體o和成像透鏡l分別置于兩個(gè)子光路(第一光路和第二光路)中，并將狹縫等濾波器s放置于成像透鏡l的后焦平面，測(cè)量時(shí)，分別對(duì)待測(cè)光柵等待測(cè)物體o的信息進(jìn)行了橫向和豎向的濾波，即將狹縫等濾波器s垂直放置或者水平放置，來(lái)獲得濾波過(guò)后的圖像。與傳統(tǒng)的濾波相比，本裝置具有非定域性，可操作性強(qiáng)，利用非相干熱光源等特點(diǎn)，所得的圖像真實(shí)地反映了物體一維方向上的信息。

實(shí)施例2

本實(shí)施例公開(kāi)了一種采用上述成像系統(tǒng)的熱光關(guān)聯(lián)非定域阿貝成像方法，其具體包括如下步驟：

步驟一，激光器10產(chǎn)生的激光光束11照射毛玻璃g，毛玻璃g持續(xù)旋轉(zhuǎn)，利用毛玻璃g的轉(zhuǎn)動(dòng)將激光光束11轉(zhuǎn)變成為在空間有強(qiáng)度漲落分布的非相干光束14；

步驟二，非相干光束14通過(guò)分束器bs后按照光強(qiáng)均分為第一光束12和第二光束13；

具體而言，激光器10產(chǎn)生的激光光束11經(jīng)反射鏡m反射后，依次通過(guò)兩個(gè)第一偏振片p1和第二偏振片p2、擴(kuò)束透鏡n和毛玻璃g后，轉(zhuǎn)變成為非相干光束14，非相干光束14通過(guò)光闌p3進(jìn)入分束器bs被均分為第一光束12和第二光束13；調(diào)節(jié)反射鏡m，使得激光光束11依次透過(guò)兩個(gè)第一偏振片p1和第二偏振片p2、擴(kuò)束透鏡n的中心。

步驟三，調(diào)節(jié)第一圖像探測(cè)器ccd1和第二圖像探測(cè)器ccd2，使得第一光束12和第二光束13的光斑中心分別與第一圖像探測(cè)器ccd1和第二圖像探測(cè)器ccd2的十字中心重合；

步驟四，計(jì)算機(jī)20同步采集第一光束12和第二光束13的圖像信息并進(jìn)行關(guān)聯(lián)測(cè)量和計(jì)算得到待測(cè)物體o的像。

第一光路上的第一圖像探測(cè)器ccd1采取桶測(cè)量方法，即第一圖像探測(cè)器ccd1沒(méi)有空間分辨能力，只接收物體的信息；第二光路上的第二圖像探測(cè)器ccd2對(duì)第二光束13的光場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。

第一光路上，分束器bs與第一圖像探測(cè)器ccd1之間的間距為z1；第二光路上，分束器bs與成像透鏡l之間中心間距為z2，濾波器s設(shè)置在成像透鏡l的后焦平面上，成像透鏡l的焦距為f，濾波器與第二圖像探測(cè)器ccd2之間的間距為z3，則滿(mǎn)足：

觀察所探測(cè)到的第一光束12和第二光束13的光斑強(qiáng)度，并調(diào)節(jié)兩個(gè)第一偏振片p1和第二偏振片p2，使光斑強(qiáng)度不高于第一圖像探測(cè)器ccd1和第二圖像探測(cè)器ccd2的探測(cè)飽和值。

例如，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)中探測(cè)器的飽和值為200，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中第一光束12和第二光束13的光斑強(qiáng)度為90到110之間。

本發(fā)明首次利用激光器10進(jìn)行了非定域的阿貝成像，打破了傳統(tǒng)成像機(jī)制中物體、透鏡和狹縫在同一光路的限定，對(duì)物體的空間頻譜信息進(jìn)行了橫向和豎向的調(diào)制，并且利用關(guān)聯(lián)測(cè)量技術(shù)獲得了調(diào)制后的像，實(shí)現(xiàn)了非定域成像系統(tǒng)中的空間濾波。

在無(wú)濾波器時(shí)所成的像包括物體的全部信息，加入狹縫之后，所測(cè)得的像是物體的部分信息。本測(cè)量方法的圖像信息完整，操作簡(jiǎn)單，并且利用激光器成功實(shí)施了傳統(tǒng)的阿貝成像，打破了傳統(tǒng)阿貝成像的需要利用相干光源的限制，并且具有非定域特性。

圖2-4為通過(guò)非相干熱光源進(jìn)行關(guān)聯(lián)測(cè)量獲得的阿貝成像的試驗(yàn)結(jié)果；其中，圖2為2d網(wǎng)格目標(biāo)物體(待測(cè)物體)的放大圖像；圖3為柵格(濾波器s)水平放置在成像透鏡l的后焦平面上時(shí)獲得的垂直濾波圖案；圖4為柵格(濾波器s)垂直放置在成像透鏡l的后焦平面上時(shí)獲得的水平濾波圖案；在實(shí)驗(yàn)中，統(tǒng)計(jì)平均幀數(shù)超過(guò)10000幀。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。