基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法技术

一种基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法，该系统包括非相干光源、成像透镜、面阵探测器以及高阶迭代运算系统。非相干光源发出的光照射在物体上，被物体透过或者反射散射的光束通过焦距为f的透镜后，被一个具有空间分辨能力的CCD、EMCCD、ICCD或CMOS面阵列探测器探测。面阵探测器通过外触发控制数据采集时序，每一时刻采集到即时面阵强度信号获得光场强度的空间分布，通过高阶迭代运算系统按照设定的阶数进行多次迭代计算。当选择适当的自相关阶数与迭代次数时，可以很大程度上消除背景噪声的影响，实现超分辨的自相关成像，成像质量比传统方法更好。成像质量比传统方法更好。成像质量比传统方法更好。

【技术实现步骤摘要】
基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法


[0001]本专利技术涉及非相干光的超分辨成像领域，特别涉及一种基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法。

技术介绍

[0002]如何提高成像系统的分辨率，实现超分辨成像一直是成像科学领域和现代光学高新
重要的研究方向,也是光学界长期追求的目标。近些年来，关联成像技术(也称“鬼”成像)迅猛发展，它是一种不同于经典成像的新型的成像方式。关联成像技术既可以像传统透镜成像系统那样实现有透镜成像，也可以实现无透镜成像。相比于传统的经典成像是基于光场的强度分布的测量，关联成像是基于光场强的关联测量，其奇特之处在于成像的“非定域性”，即如果物体放在一个光路上，通过符合测量，可以使物体的像呈现在另一个光路上。而经典成像中，物体和它的像只能出现同一光路上。如果遇到恶劣环境，经典成像的光场就会收到扰乱，探测器不能获取物体的图像。但是，对于“鬼”成像来说，由于其对准物体光场的探测器不做空间分辨，因此即使遇到扰乱情况，经过符合运算也能获得物体的像。所以“鬼”成像技术具有很强的抗干扰能力，其优势在国防、军事、遥感，通讯、生物医学等众多成像
都具有巨大的潜在应用价值。
[0003]虽然关联成像技术具有许多不同于传统经典成像或照相技术的优势，但是依然受制于成像系统的衍射极限，同时关联成像技术的成像分辨率与对比度是相互制约的关系，通常情况下，高分辨率的成像会导致对比度很低，这是关联成像技术的不足之处。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是将非相干光场强度高阶自相关方法和迭代计算应用于超分辨成像领域，突破瑞利衍射极限，从而提供一种基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像系统及成像方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术创造采用了如下技术方案：
[0006]一种基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法,其步骤为：
[0007]1)非相干光源发射出的光束照射到目标物体上，经物体的透射或反射散射的光通过焦距为f的透镜后被具有空间分辨能力的面阵探测器对即时面阵强度信号进行收集；物体到焦距为f的透镜的距离s、焦距为f的透镜到面阵探测器光敏面的距离s与透镜的焦距f满足高斯薄透镜成像关系：
[0008][0009]2)面阵探测器在光敏面空间位置x处收集的面阵信号I
i
(x)，进入高阶迭代运算系统中，根据经验先选取高阶自关联阶数n、迭代次数m和迭代自相关的阶数k
m
，按照热光关联成像的原理和方法，先得到光场强度n阶自关联结果为：
[0010][0011]根据上式进行n阶自关联1次迭代计算，结果为：
[0012][0013]再进行n阶自关联2次迭代计算，结果为：
[0014][0015]以此类推，得到n阶自关联m次迭代结果为：
[0016][0017]其中：N为运算图片的数目；k1，k2，......，k
m
‑1，k
m
＝(2，3，4，......)为迭代自相关运算的阶数。
[0018]由此输出的即可恢复目标物体的像，若根据经验选取的高阶自关联阶数n、迭代次数m和迭代自相关的阶数k
m
重构出的图像发生畸变或图像模糊不可分辨，则增大或减小n、m和k
m
的值，直到获得对待成像物体的清晰超分辨关联图像。
[0019]3)经过高阶迭代运算系统中的光场强度信息还可以进入压缩感知成像系统或进入计算关联成像系统；
[0020]3.1)经高阶迭代运算系统的光场强度信息进入压缩感知成像系统，按照压缩感知成像的原理和方法进行处理，对待成像物体实现超分辨关联成像。
[0021]3.2)经高阶迭代运算系统的光场强度信息进入计算关联成像系统，按照计算关联成像的原理和方法进行处理，对待成像物体实现超分辨关联成像。
[0022]所述的非相干光源为热光源、自然光源或人造赝热光源。
[0023]所述的焦距为f的透镜为凸透镜、凹面镜、望远镜、显微镜和相机镜头的组合。
[0024]所述的面阵探测器必须是具有空间分辨能力的CCD、EMCCD、ICCD或CMOS面阵列相机。
[0025]所述的高阶迭代运算操作既可以采用硬件处理也可以采用软件处理。
[0026]本专利技术创造的有益效果：
[0027]1.本专利技术具有打破衍射极限的超分辨成像能力，与传统成像相比可将分辨率提高一个数量级；
[0028]2.本专利技术很大程度上提高成像对比度，克服传统关联成像对比度低的缺点。
[0029]3.本专利技术继承了传统成像技术的全部优势，可以用于升级各种非相干光源包括真热光源或者赝热光源以及基于计算机调制的空间调制光束的计算高阶关联成像技术和压缩感知高阶关联成像技术来提高阶关联成像系统的分辨率及成像对比度和信噪比；
[0030]4.本专利技术在不增加高阶自关联成像系统的复杂程度和数据处理复杂度上，仅添加硬件电子设备或在传统探测方法的基础上利用计算软件对面阵数据进行数字化技术处理即可，实验装置简单，易于操作；
[0031]5.对于计算关联成像系统和压缩感知关联成像系统，本专利技术相比传统关联成像具有结构简单的特点，更适于超远距离的超分辨关联成像。
[0032]6.本专利技术也适用于光源发出的光场强度不稳定的情况；
[0033]7.本专利技术对光强的不稳定性不敏感，具有抵抗大气扰动、湍流等影响恶劣天气影响的能力，能够实现超分辨成像。特别是当选择合适的高阶自相关阶数与迭代次数时，具有打破衍射极限的超分辨成像能力，可以很好抵消传统关联成像背景的影响，实现超分辨关联成像，获得比传统方法更好成像质量。
附图说明
[0034]图1是本专利技术原理框图。
[0035]图2a是采用计算软件对面阵数据进行数字化技术处理时，面阵探测器采集的传统平均图像。
[0036]图2b是采用计算软件对面阵数据进行数字化技术处理时，2阶自关联3次迭代计算的结果图。
[0037]图2c是采用计算软件对面阵数据进行数字化技术处理时，2阶自关联4次迭代计算的结果图。
[0038]图3是采用计算软件对面阵数据进行数字化技术处理的高阶迭代运算程序框图。
[0039]图中：1、非相干光源；2、目标物体；3、焦距为f的透镜；4、面阵探测器；5、高阶迭代运算系统。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术创造实施例中的附图，对本专利技术创造实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术创造一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0041]一种基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法，其步骤为：
[0042]1)非相干光源1发射出的光束照射到目标物体2上，经物体的透射或反射散射的光通过焦距为f的透镜3后被具有空间分辨能力的面阵探测器4对即时面阵强度信号进行收集；物体到焦距为f的透镜3的距离s、焦距为f的透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非相干光场强度高阶迭代自相关的超分辨率成像方法，其特征在于，其步骤为：1)非相干光源(1)发射出的光束照射到目标物体(2)上，经物体的透射或反射散射的光通过焦距为f的透镜(3)后被具有空间分辨能力的面阵探测器(4)对即时面阵强度信号进行收集；物体到焦距为f的透镜(3)的距离s、焦距为f的透镜(3)到面阵探测器(4)光敏面的距离s
′
与透镜(3)的焦距f满足高斯薄透镜成像关系：2)面阵探测器(4)在光敏面空间位置x处收集的面阵信号I
i
(x)，进入高阶迭代运算系统(5)中，根据经验先选取高阶自关联阶数n、迭代次数m和迭代自相关的阶数k
m
，按照热光关联成像的原理和方法，先得到光场强度n阶自关联结果为：根据上式进行n阶自关联1次迭代计算，结果为：再进行n阶自关联2次迭代计算，结果为：以此类推，得到n阶自关联m次迭代结果为：其中：N为运算图片的数目；k1，k2，......，k
m
‑1，k
m
＝(2，3，4，......)为迭代自相关运算的阶数；由此输出的即可恢复目标物体(2)的像，若根据经验选取的高阶自关联阶数n、迭代次数m和迭代自相关的阶数k
m
重构出的图像发生畸变或图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希浩，宋成旭，刘忠源，孟少英，付强，鲍倩倩，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：