基于散斑关联性实现非侵入式大视场成像的方法技术

本发明专利技术属于光学散射成像技术领域，当使用基于光学记忆效应的方法来实现透过散射介质成像时，一旦成像目标大小超出记忆效应范围，通常会导致成像失败，从而限制成像系统的视场。本发明专利技术提出一种直接利用关联性来扩大视场的方法，直接利用子目标O

【技术实现步骤摘要】
基于散斑关联性实现非侵入式大视场成像的方法

：
[0001]本专利技术属于光学散射成像
，具体涉及一种基于散斑关联性实现非侵入式大视场成像的方法。

技术介绍
：
[0002]散射现象广泛存在于自然界中，当光通过生物组织或被粗糙的墙壁反射时，会发生剧烈地散射。在这种情况下，人眼或相机捕捉到的图像是一种类似白噪声的散斑图像。因此，在传统的成像系统中，散射效应一般被视为成像的障碍。
[0003]然而，散斑图像中却包含有隐藏在散射介质后的目标的信息。散射成像技术包括波前整形、传输矩阵、光学相位共轭和散斑相关成像等方法。其中，基于记忆效应的非侵入式成像技术因其无需侵入成像系统而受到广泛关注。
[0004]但是，由于视场受散射介质的记忆效应范围的限制，基于记忆效应的非侵入式成像技术通常只能重建尺寸小于记忆效应范围的单个隐藏目标；一旦目标大小超出记忆效应范围，这种方法就无法恢复隐藏目标的图像信息，从而导致重建失败。因此，基于记忆效应的非侵入式成像技术要想得到更广阔的发展和更广泛的应用，亟需发展一种突破记忆效应限制，具有更大成像视场的技术方案。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术基于散斑关联性实现非侵入式大视场成像的方法，其目的在于公开一种直接利用散斑之间的关联性找到方位信息，扩大非侵入式成像视场的方法，避免了预估成像系统的点扩散函数PSF。该方法与现有的非侵入式成像的方法相比，能够实现更高效率地扩大成像视场。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过如下方案实现：
[0007]一种直接利用散斑相关运算寻找相对方位实现透过散射介质的非侵入式大视场成像方法，对荧光目标O进行多次扫描照明，分割为多个具有相似性的子目标O
i
，从子目标O
i
的散斑中通过相位恢复得到子目标图像O'
i
，直接利用子目标O
i
的散斑自相关及子目标O
i
与子目标O
i+1
的散斑互相关计算子目标图像O'
i
与O'
i+1
之间的相对位置，确定子目标图像O'
i
与O'
i+1
之间相对位置的移位向量利用散斑之间的关联性确定子目标图像O'
i
的正确翻转方向，将所有子目标图像根据位移向量进行位移叠加，获取正确拼接的目标O。
[0008]进一步，位移向量按照如下步骤计算：
[0009]步骤1.将荧光目标O经多次扫描后分割为多个具有相似性的子目标，利用面阵光电探测器记录所有子目标O
i
透过介质形成的散斑图像S
i
；
[0010]步骤2.计算子目标O
i
的散斑图像S
i
的自相关，以及散斑图像S
i
与子目标O
i+1
的散斑图像S
i+1
的互相关；
[0011]步骤3.利用步骤2获取的散斑图像S
i
的自相关和散斑图像S
i
与散斑图像S
i+1
的互相关，确定散斑图像S
i
的自相关和散斑图像S
i
与散斑图像S
i+1
的互相关的相关峰的二维坐标，
利用如下公式计算即可得到子目标图像O'
i
与子目标图像O'
i+1
之间相对位置的移位向量
[0012][0013]其中
★
表示相关运算，position{}表示相关峰位置的二维坐标。
[0014]进一步，子目标图像的方向确定方法如下：
[0015]对于子目标图像O
i
'的四个不同方向状态，利用如下公式计算四个不同的FFT(O'
i+1
)逆快速傅里叶变换得到结果FFT
‑1(FFT(O'
i+1
))
[0016]FFT(O'
i+1
)＝FFT(O'
i
)
·
FFT(S
i+1
)/FFT(S
i
)
[0017]其中，FFT()表示快速傅里叶变换；
[0018]将所得结果与相位恢复得到的子目标图像O'
i+1
的形状进行比较，当所得结果与相位恢复得到的子目标图像结构相似度最高，即确定为子目标图像O'
i
的正确方向。
[0019]综上所述，专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术首先利用主动照明逐次扫描隐藏于散射介质后的荧光目标，将其分割为多个具有相似性的多个荧光子目标。利用相位恢复算法重建每个荧光子目标的图像，然后直接对荧光子目标透过散射介质形成的散斑进行自相关与互相关运算，避免了预估成像系统的点扩散函数PSF，更快地获得各子目标图像的方位，依据获得的方位对各子目标图像进行拼接，从而对整个隐藏于散射介质且超出记忆效应范围的荧光目标实现非侵入式大视场成像。适用于毛玻璃、漫反射墙面、生物组织等透过散射介质成像需求的场合，具有更高效地进行非侵入式大视场成像的优点。
[0021]本专利技术直接利用散斑自相关及互相关运算和相位恢复算法，实现非侵入式大视场成像，本专利技术的成像方法是非侵入式的，不需要侵入式“导星”或先验信息；与现有非侵入式成像方法相比，本专利技术更高效地扩大非侵入式成像视场。
附图说明
[0022]图1隐藏于散射介质后的荧光目标；
[0023]图2(a)
‑
(h)8幅荧光子目标散斑图像S1‑
S8；
[0024]图3(a)
‑
(h)相位恢复重建的8幅子目标图像O'1‑
O'8；
[0025]图4(a)重建的8幅子目标图像O'1‑
O'8的相对位置；(b)恢复的整体目标图像O'；
[0026]图5(a)隐藏于散射介质后的荧光目标；
[0027]图6(a)重建的10幅子目标图像的相对位置；(b)将(a)中的相对位置信息放大之后的结果；
[0028]图7(a)恢复的整体目标图像O'。
具体实施方案
[0029]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0030]需要说明的是，为表述方便，下文中关于方向的表述与附图本身的方向一致，但并不对本专利技术的结构起限定作用。
[0031]如图1～7所示，本专利技术公开了一种直接利用散斑相关运算寻找相对方位实现透过
散射介质的非侵入式大视场成像方法，对荧光目标O进行多次扫描照明，分割为多个具有相似性的子目标O
i
，从子目标O
i
的散斑中通过相位恢复得到子目标图像O'
i
，直接利用子目标O
i
的散斑自相关及子目标O
i
与子目标O
i+1
的散斑互相关计算子目标图像O'
i
与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接利用散斑相关运算寻找相对方位实现透过散射介质的非侵入式大视场成像方法，其特征在于：对荧光目标O进行多次扫描照明，分割为多个具有相似性的子目标O
i
，从子目标O
i
的散斑中通过相位恢复得到子目标图像O
′
i
，直接利用子目标O
i
的散斑自相关及子目标O
i
与子目标O
i+1
的散斑互相关计算子目标图像O
′
i
与O
′
i+1
之间的相对位置，确定子目标图像O
′
i
与O
′
i+1
之间相对位置的移位向量利用散斑之间的关联性确定子目标图像O
′
i
的正确翻转方向，将所有子目标图像根据位移向量进行位移叠加，获取正确拼接的目标O。2.根据权利要求1所述的非侵入式大视场成像方法，其特征在于，所述位移向量按照如下步骤计算：步骤1.将荧光目标O经多次扫描后分割为多个具有相似性的子目标，利用面阵光电探测器记录所有子目标O
i
透过介质形成的散斑图像S
i
；步骤2.计算子目标O
i
的散斑图像S
i
的自相关，以及散斑图像S
i
与子目标O
i+1
的散斑图像S
i+1
的互相关；步骤3.利用步骤2获取的散斑图像S
i

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，汪旭东，赵文静，翟爱平，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：