強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置的製作方法

2023-10-10 08:05:29 1

專利名稱：強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學成像領域，具體地說是一種強度關聯提高散射介質中物體成像質
量的裝置。
背景技術：
在傳統成像和信息傳輸過程中，由於存在多次散射，信息傳輸和成像質量將會受 到嚴重的影響。比如在大氣環境下，由於大氣中多種顆粒的散射，將會影響雷射雷達的測量 精度，衛星通訊信息傳輸的保真性和光在大氣中的成像質量；在粒子物理中，由於原子核對 一些微觀粒子的散射，從而導致成像質量的下降；而在生命和醫學中，由於生物組織屬於高 散射組織，多次散射導致對病理的檢測診斷的準確性和有效性以及成像質量造成了巨大的 影響。對於散射介質中的成像，便先後產生了應用於臨床醫學中的X射線成像，CT，超聲成 像，核磁共振成像等。近年來又掀起了光學成像技術研究的熱點，研製成了利用多種門技術 控制下的光學成像技術，如空間門、偏振門、時間門、相干門等門技術，這些技術利用光子經 過散射後某些性質的變化來區分用於成像的光子和噪聲背景光子；實現了光學相干層析技 術、漫反射光學層析技術、光聲層析技術、超聲調製的光學成像技術等等。雖然上述技術對 散射介質中的成像質量有了一定的改善和提高，然而他們存在一定的局限性有的存在電 離輻射，有的空間解析度太低，有的信息失真較大；有的造價和運行費用昂貴等等；從而散 射介質中高質量圖像和信息的提取仍然是當今面臨的一大難題。

發明內容
針對上述現有光學成像技術存在著圖像解析度低和信噪比差的缺陷，本發明要解
決的技術問題是提供一種強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置。在物光路存在高
散射介質而參考光路無散射介質的情況下，通過對物光路和參考光路面探測器記錄的強度
信息進行關聯運算，便可以得到處於高散射介質中的待測物體高質量的圖像。 為解決上述技術問題，本發明的技術解決方案如下 —種強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置，特點在於該裝置的構成包括 熱光源，沿該熱光源發出的光束的前進方向設置分光稜鏡，該分光稜鏡將光束分為透射光 路和反射光路透射光路因含有待測物體，稱為物光路；其由物光路準直透鏡、處於高散射 介質中的待測物體、物光路成像透鏡和有一定空間分辨能力的物光路面探測器組成。反射 光路因無待測物體，稱為參考光路；其由參考光路準直透鏡和有高空間分辨能力的參考光 路面探測器組成。所述的物光路面探測器和參考光路面探測器的輸出端同時連接具有採集 光強分布信息數據和進行強度關聯運算的計算機；所述的參考光路面探測器的探測面到所 述的參考光路準直透鏡中心的距離z滿足下列關係
formula see original document page 3
其中^為物光路準直透鏡的中心與到待測物體之間的距離，f為參考光路準直透鏡的焦距，^為物光路準直透鏡的焦距；所述的熱光源與物光路面探測器和參考光路面探測器同時由一個同步信號發生器同步觸發控制同步工作。 本發明裝置的熱光源與物光路面探測器和參考光路面探測器在一個同步信號發生器同步觸發控制同步工作，工作過程包括 (1)、熱光源發出的光束經分光稜鏡分光後，透射光束通過物光路準直透鏡獲取平
行光依次經過處於高散射介質中的待測物體、物光路成像透鏡而到達物光路面探測器； (2)、由物光路面探測器接收來自待測物體的隨時間變化光強信號； (3)、反射光束通過參考光路準直透鏡變成平行光後而到達參考光路面探測器，由
該參考光路面探測器在不同位置接收來自熱光源的光強信號； (4)、將物光路面探測器和參考光路面探測器對應時刻記錄的光強分布信息存儲在計算機中； (5)、對物光路"面"探測器接收到的來自待測物體的光強信息與參考光路的光強
分布信息在計算機中進行強度關聯運算，可以得到物光路和參考光路的互相關強度分布信
息，即為待測物體高質量的圖像。 所述的計算機進行強度關聯運算方法為 將某一時刻物光路面探測器上不同位置處的光強度值和參考光路面探測器上對應位置處的光強度值進行相關運算，得到物光路和參考光路的複合強度關聯分布，再將不同時刻得到的複合強度分布進行統計平均，便可以得到物光路和參考光路的互相關強度分布信息。 與現有技術相比，本發明具有以下的技術效果 1、因整個系統的圖像質量由物光路系統和參考光路系統同時決定，在參考光路沒
有散射的情況下，已有的散射介質成像技術均可作為強度關聯成像系統的物光路，從而強
度關聯獲取的圖像質量均可在已有的散射介質成像技術基礎上進一步大幅度地提高。 2、在以往成像過程中，探測系統和成像系統是不可分離的；而對於本裝置，探測系
統和成像系統是分離的，物光路屬於探測系統，參考光路用於成像。 3、獲得的待測物體圖像放大率僅由兩光路準直透鏡的焦距比決定。 4、由於僅改變參考光路面探測器的探測面與準直透鏡中心的距離z便可以得到
不同距離Zl時物體表面的實像，從而更容易實現物體的層析圖像信息。 5、可以得到橫向解析度和縱向解析度都很高的層析圖像。 6 、無輻射、無損傷的光學成像。


圖1是本發明強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置的結構示意圖。
圖中1是熱光源；2是分光稜鏡；3是物光路準直透鏡；4是散射介質與處於散射介質中的待測物體；5是物光路成像透鏡；6是物光路面探測器；7是參考光路準直透鏡；8是參考光路面探測器；9是計算機。
圖2是散射介質中的待測物體。 圖3是物光路和參考光路面探測器空間分辨能力均為"6. 45 y mX6. 45 y m"時，物光路面探測器記錄的光強分布與參考光路記錄的光強分布進行強度關聯運算後得到的物體圖像。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。 先請參閱圖1，圖1是本發明強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置的結構示意圖。由圖可見，本發明強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置，其構成包括熱光源l，沿該熱光源1發出的光束的前進方向設置分光稜鏡2，該分光稜鏡2將光束分為透射光束和反射光束，在該分光稜鏡2的透射光束方向依次是物光路準直透鏡3、處於散射介質中的待測物體4、物光路成像透鏡5和物光路面探測器6 ;在所述的分光稜鏡2的反射光束方向依次是參考光路準直透鏡7和參考光路面探測器8，所述的物光路面探測器6和參考光路面探測器8的輸出端同時連接具有採集光強分布信息數據和進行強度關聯運算的計算機9 ;所述的參考光路面探測器8的探測面到所述的參考光路準直透鏡7中心的距離z滿足下列關係
formula see original document page 5 其中Zl為物光路準直透鏡3的中心與到待測物體4之間的距離，f為參考光路準直透鏡7的焦距，^為物光路準直透鏡3的焦距；所述的熱光源1與物光路面探測器6和參考光路面探測器8同時由一個同步信號發生器(圖中未示)同步觸發控制同步工作。
本發明裝置的熱光源與物光路面探測器和參考光路面探測器在一個同步信號發生器同步觸發控制同步工作，工作過程包括 (1)、熱光源1經分光稜鏡2分光後，透射光束通過物光路準直透鏡3獲取平行光依次經過處於高散射介質中的待測物體4(見圖2);然後經過對待測物體成像的物光路成像透鏡5而到達物光路面探測器6 ; (2)、由物光路面探測器6接收來自待測物體4的光強信號； (3)、把物光路面探測器6記錄的光強信息存儲在計算機9中； (4)、反射光束通過參考光路準直透鏡7獲取平行光後而到達參考光路面探測器
8，由參考光路面探測器8接收來自熱光源的光強信號； (5)、把參考光路面探測器8記錄的光強分布信息存儲在計算機9中； (6)、將物光路面探測器6接收到的待測物體光強信息與參考光路面探測器8記錄
的光強分布信息在計算機9中進行強度關聯運算，得到物光路和參考光路的互相關強度分
布信息，即為待測物體高質量的圖像(見圖3); 所述的計算機進行強度關聯運算過程為 將物光路面探測器6上不同位置xt處所有時刻的光強值It (xt)與參考光路面探
測器8上對應位置、處的光強度值Ir(Xr)按以下公式進行關聯運算
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即為物光路和參考光路的互相關強度分布信息，該分布信息就是待測物體高質j的圖像。 在圖2中，待測物體4為透射式"中"字環，其最小特徵尺度為60.0iim。圓環左側與"中"字左側的相隔距離為120.0iim。對於傳統成像而言，由於強的散射作用導致圖像的解析度和信噪比急劇下降，將會使得物體的圖像信息基本被完全淹沒。圖3是物光路面探測器6和參考光路面探測器8空間分辨能力均為"6. 45 ii mX6. 45 y m"時，物光路面探測器記錄的光強分布與參考光路面探測器8記錄的光強分布進行強度關聯運算後得到的物體圖像。用傳統普通成像方法對處於高散射介質中的待測物體4已不能分辨，但由圖3顯示出利用本發明通過強度關聯運算，可以獲得較清晰的像，表明本發明大大提高了散射介質中物體的成像質量。
權利要求
一種強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置，特徵在於其構成包括熱光源(1)，沿該熱光源(1)發出的光束的前進方向設置分光稜鏡(2)，該分光稜鏡(2)將光束分為透射光束和反射光束，在該分光稜鏡(2)的透射光束方向依次是物光路準直透鏡(3)、處於散射介質中的待測物體(4)、物光路成像透鏡(5)和物光路面探測器(6)；在所述的分光稜鏡(2)的反射光束方向依次是參考光路準直透鏡(7)和參考光路面探測器(8)，所述的物光路面探測器(6)和參考光路面探測器(8)的輸出端同時連接具有採集光強分布信息數據和進行強度關聯運算的計算機(9)；所述的參考光路面探測器(8)的探測面到所述的參考光路準直透鏡(7)中心的距離z滿足下列關係 z= ( f f1 ) 2 z 1+f- f2 f1 其中z1為物光路準直透鏡(3)的中心與到待測物體(4)之間的距離，f為參考光路準直透鏡(7)的焦距，f1為物光路準直透鏡(3)的焦距；所述的熱光源(1)與物光路面探測器(6)和參考光路面探測器(8)同時由一個同步信號發生器同步觸發控制同步工作。
全文摘要
一種強度關聯提高散射介質中物體成像質量的裝置，該裝置包括熱光源，沿該熱光源發出的光束的前進方向設置分光稜鏡，該分光稜鏡將光束分為透射光束和反射光束，在該分光稜鏡的透射光束方向依次是物光路準直透鏡、處於散射介質中的待測物體、物光路成像透鏡和物光路面探測器；在所述的分光稜鏡的反射光束方向依次是參考光路準直透鏡和參考光路面探測器，所述的物光路面探測器和參考光路面探測器的輸出端同時連接具有採集光強分布信息數據和進行強度關聯運算的計算機；所述的熱光源與物光路面探測器和參考光路面探測器同時由一個同步信號發生器同步觸發控制同步工作。本發明可以大大提高散射介質中物體的成像質量。
文檔編號G01S7/48GK101699312SQ20091019534
公開日2010年4月28日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者張鵬黎, 沈夏, 韓申生, 龔文林 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所