一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，包括：光源、調(diào)制器、起偏器、透鏡、檢偏器、濾波片、單點光強探測器和同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊。發(fā)射端由光源入射在調(diào)制器上，產(chǎn)生光強分布隨機漲落的光場，通過起偏器調(diào)制出射光的偏振，并發(fā)射至探測目標處；接收端由透鏡匯聚目標物體反射回來的光，并通過檢偏器和濾波片匯聚于單點光強探測器；同步模塊和數(shù)據(jù)采集模塊對發(fā)射端和接收端同步控制，并進行數(shù)據(jù)采集與關(guān)聯(lián)算法解算。本發(fā)明利用光的偏振信息與強度關(guān)聯(lián)實現(xiàn)目標的檢測識別與成像，提高了傳統(tǒng)關(guān)聯(lián)成像的目標檢測識別率和成像對比度，具有抗復(fù)雜背景干擾強等優(yōu)勢。
【專利說明】一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及目標檢測識別與成像領(lǐng)域，尤其涉及一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目標檢測識別與成像在諸如軍事探測、智能監(jiān)控、生物醫(yī)學等各個方面都有著重要的應(yīng)用。關(guān)聯(lián)成像，或稱鬼成像，作為一種新興的成像手段，近年來得到了長足的發(fā)展。相比于傳統(tǒng)成像，它具有單像素成像，無需空間陣列探測器，抗散射介質(zhì)干擾能力強，提高成像分辨率等優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的功用。然而傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)成像接收目標和背景反射的總光強進行關(guān)聯(lián)恢復(fù)。當目標處于復(fù)雜而又寬廣的背景下時，背景光強對目標光強干擾很大，甚至淹沒了目標信息。另一方面當同一探測下不同目標反射光強能力不同，反射光強的漲落由反射能力強的目標所主導(dǎo)。在這些情況下傳統(tǒng)的關(guān)聯(lián)成像很難恢復(fù)出目標信息。
[0003]偏振作為光的另一個重要特性，由于不易被人眼所直接感知，在傳統(tǒng)的檢測或成像方法中容易被忽略。然而在實際應(yīng)用中需要探測的目標在物質(zhì)組成成分、表面粗糙度，含水量等各方面都與背景不盡相同。使得各自的偏振信息有較大的差別，所以可以利用偏振信息提高檢查與識別目標能力?；谄竦奶綔y及成像方式獲得了迅速的發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴大，成為信息獲取領(lǐng)域中的熱點。
[0004]因此，為了加入偏振信息，與關(guān)聯(lián)成像相結(jié)合，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于設(shè)計一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單 像素成像系統(tǒng)，無需空間陣列探測器，能夠提高傳統(tǒng)關(guān)聯(lián)成像目標檢測識別率以及成像分辨率，抗散射介質(zhì)和復(fù)雜背景干擾能力強。這種技術(shù)在軍事偵查，探測，遙感等領(lǐng)域中都有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高傳統(tǒng)關(guān)聯(lián)成像目標檢測識別率以及成像分辨率，抗散射介質(zhì)和復(fù)雜背景干擾能力強的成像系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，包括:光源、調(diào)制器、起偏器、透鏡、檢偏器、濾波片、單點光強探測器和同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊，光源入射至調(diào)制器，產(chǎn)生光強分布隨機漲落的光場；起偏器調(diào)制出射光的偏振，并發(fā)射至目標物體處；透鏡匯聚目標物體的反射光，再經(jīng)檢偏器調(diào)制反射光的偏振，再經(jīng)濾波片后，由單點光強探測器探測反射光的光強值；同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊對調(diào)制器和單點探測器進行同步控制，并進行數(shù)據(jù)采集與關(guān)聯(lián)算法解算，實現(xiàn)目標的檢測識別與成像。
[0007]進一步地，光源為單色連續(xù)或脈沖激光器、單色LED，普通光源(甚至日光)聚束后通過濾波片選取窄帶波長作為光源亦可。
[0008]進一步地，調(diào)制器采用空間光調(diào)制器(SLM)或數(shù)字微鏡陣列(DMD)。[0009]進一步地，起偏器采用線性偏振片產(chǎn)生線偏光，當需要產(chǎn)生圓偏光或者橢圓偏振光時需要線性偏振片加上四分之一波片或線性偏振片加半波片加四分之一波片，或者其它具有偏振效果的棱鏡組合(例如，格蘭泰勒棱鏡)。檢偏器采用與起偏器相同的線性偏振片或線性偏振片加四分之一波片或線性偏振片加半波片加四分之一波片或其它棱鏡組合(例如，格蘭泰勒棱鏡)。
[0010]進一步地，透鏡采用凸透鏡或凹透鏡。
[0011 ] 進一步地，濾波片是與光源的波長對應(yīng)的窄帶濾波片。
[0012]進一步地，單點光強探測器采用光電二極管或光電倍增管(PMT)。
[0013]進一步地，成像系統(tǒng)進行多次測量疊加，把得到的光強值和光源的調(diào)制信息做相應(yīng)的關(guān)聯(lián)運算得出物體成像，具體按照以下公式(I)計算:
[0014]G (x, y) =< (Si^Si)) (Pi (x, y) ^Pi (x, y) ? > (I)
[0015]其中，G (x，y)為目標物體的像，N為測量次數(shù)，
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:光源、調(diào)制器、起偏器、透鏡、檢偏器、濾波片、單點光強探測器和同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊，所述光源入射至所述調(diào)制器，產(chǎn)生光強分布隨機漲落的光場；所述起偏器調(diào)制出射光的偏振，并發(fā)射至目標物體處；所述透鏡匯聚所述目標物體的反射光，再經(jīng)所述檢偏器調(diào)制反射光的偏振，再經(jīng)所述濾波片后，由所述單點光強探測器探測所述反射光的光強值；所述同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊對所述調(diào)制器和所述單點探測器進行同步控制。
2.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述光源采用單色激光器或單色LED。
3.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)制器采用空間光調(diào)制器或數(shù)字微鏡陣列。
4.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述起偏器采用與所述光源的波長對應(yīng)的線性偏振片或所述線性偏振片加四分之一波片或所述線性偏振片加半波片加所述四分之一波片；所述檢偏器采用與所述起偏器相同的所述線性偏振片或所述線性偏振片加所述四分之一波片或所述線性偏振片加所述半波片加所述四分之一波片。
5.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡采用凹透鏡或凸透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波片是與所述光源的波長對應(yīng)的窄帶濾波片。
7.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述單點光強探測器采用光電二極管或光電倍增管。
8.如權(quán)利要求1所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進行多次測量疊加，把得到的所述光強值和經(jīng)所述調(diào)制器產(chǎn)生的光場做關(guān)聯(lián)運算得出物體成像。
9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊采用數(shù)據(jù)采集卡，并通過物理連線分別與所述調(diào)制器及所述單點光強探測器連接進行數(shù)據(jù)采集。
10.如權(quán)利要求1-8任一項所述的基于偏振關(guān)聯(lián)成像的單像素成像系統(tǒng)，其特征在于，所述同步控制與數(shù)據(jù)采集模塊采用算法同步方式，所述調(diào)制器與所述單點光強探測器相互獨立，采用所述單點光強探測器的探測速率大于所述調(diào)制器的調(diào)制速率的方式進行所述光強值采集，再進行解同步操作。
【文檔編號】G01S17/89GK103777206SQ201410036686
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】朱泳超, 石劍虹, 曾貴華 申請人:上海交通大學