【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学成像、显微，尤其涉及一种一种双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置与方法。
技术介绍
1、现有的光学成像技术使用透镜，或是与透镜具有相同或相近的波前调制功能的光学元件，如超表面、菲涅尔波带片等，对目标样品实现成像。虽然这些方法可以直观呈现目标样品的信息，但是仍旧受限于透镜无法避免的成像像差、超表面和菲涅尔波带片高昂的加工成本。无透镜成像技术可以避免额外引入波前调制光学元件，因此成为了计算成像领域中重要的技术手段。其中无透镜编码成像技术通过引入编码板对目标样品的信号调制以采集编码图像，进而结合编码板信息重建出目标样品的信息，具有避免像差、成本可控等一系列优点。
2、为了实现编码成像的样品重建，先后提出了一些装置和方法。最为经典的案例是反卷积方案。其首先通过计算或是标定获得编码板点扩散函数，之后采集样品的编码图像，最后根据编码板点扩散函数和编码图像使用反卷积重建样品信息。虽然这种方案可以通过单次曝光实现样品重建，但是受限于反卷积受噪声影响大，其重建效果通常不甚理想。为了进一步提升重建效果，通过改变不同的编码板图样，并采集对应的编码图像，可以有效抑制噪声的影响，从而获得高质量的样品重建结果。但是这些方法都需要改变编码板图样，无法实现动态成像。虽然有部分基于深度学习的方法可以从单次曝光的编码图像中重建样品，且无需计算或标定编码板的点扩散函数；但是这些方法需要大量的数据集，且迁移性差，并不是理想的单次曝光无透镜编码成像方案。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专
2、技术方案：本专利技术的一种双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置，所述装置包括：编码板、分光棱镜、第一图像传感器、第二图像传感器、控制系统和计算机；所述控制系统分别与第一图像传感器、第二图像传感器和计算机连接；所述编码板放置于分光棱镜前，用于调制目标样品的光信息；所述分光棱镜用于将目标样品的调制光分为两部分：一部分经反射后被第一图像传感器接收，另一部分经透射后被第二图像传感器接收。
3、进一步的，所述第一图像传感器和第二图像传感器距离分光棱镜的出射面相差50mm，确保两台图像传感器采集到的编码图像对应不同的点扩散函数。
4、本专利技术还公开一种使用双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置的成像方法，包括以下步骤：
5、s1、装置搭建：组合编码板、分光棱镜、图像传感器以及控制系统，保证光学元器件光轴一致，调整两个图像传感器与编码板的距离不同；
6、s2、装置标定：使用点光源标定编码板对应的两个图像传感器的点扩散函数；
7、s3、目标样品成像：设置目标样品，采集对应的编码图像；
8、s4、目标样品重建：根据标定的点扩散函数和采集的编码图像重建目标样品信息。
9、进一步的，步骤s1具体为：搭建光学系统，光学元器件包括编码板、分光棱镜和图像传感器；保证光学元器件光轴一致和编码板水平放置；调整两台图像传感器与编码板的距离，在系统中，通过调整图像传感器与分光棱镜的出射面实现；第一图像传感器(4)与编码板(2)的距离为80-120mm，第二图像传感器(5)与编码板(2)的距离为130-170mm。第一图像传感器(4)与编码板(2)的距离以及第二图像传感器(5)与编码板(2)的距离需精确测量。同步图像传感器，通过图像传感器的控制系统控制两台图像传感器，使得两台图像传感器同时采集两幅编码图像。
10、进一步的，步骤s2具体包括如下步骤：
11、s2.1、设置点光源，使用针孔作为点光源，将一直径为1-2μm的针孔放置于led光源后，用于模拟点光源，其中led光源的波长为532nm(其他窄带led光源也可)，将针孔放置于编码板前130-170mm位置处，距离需精确测量；
12、s2.2、采集编码图像；通过设置图像传感器的曝光时间，同时采集两幅编码图像，采集的两幅编码图像认为是编码板对应的两台图像传感器的点扩散函数psf1和psf2。
13、进一步的，步骤s3具体包括如下步骤：
14、s3.1、设置样品，将目标物放置于编码板前130-170mm位置处，距离需精确测量，与标定时点光源位置一致；样品通过光源透射或者反射照明；
15、s3.2、采集编码图像，通过设置图像传感器的曝光时间，同时采集两幅编码图像；采集的图像由公式(1)和公式(2)分别描述；其中i1和i2为采集的编码图像，psf1和psf2为装置标定中编码板对应的两台图像传感器的点扩散函数，n1和n2为噪声，o为目标样品信息，*为卷积；
16、i1＝o*psf1+n1 (1)
17、i2＝o*psf2+n2 (2)
18、s3.3、样品重建，根据标定的编码板对应的两台图像传感器的点扩散函数psf1和psf2以及采集的对应目标样品的编码图像i1和i2重得到目标样品信息o。
19、进一步的，步骤s4具体包括如下步骤：
20、s4.1、计算光学传递函数otf，光学传递函数为点扩散函数的傅里叶变换的归一化，因此，psf1和psf2对应的光学传递函数otf1和otf2根据公式(3)和公式(4)分别描述，
21、其中ft()代表傅里叶变换，||为绝对值，max()代表最大值；
22、
23、s4.2、计算编码图像频谱，编码图像频谱为编码图像的傅里叶变换，也即编码图像i1和i2的频谱i1和i2分别为i1和i2的傅里叶变换，根据公式(5)和公式(6)分别描述：
24、i1＝ft(i1) (5)
25、i2＝ft(i2) (6)
26、s4.3、根据编码图像i1对目标样品信息频谱o1，m进行更新；在首次更新时，即m＝1，设置猜测目标样品信息频谱o2,0为全1矩阵；若非首次更新时，即m>1，设置猜测目标样品信息频谱o2,m-1为上一次迭代计算时根据编码图像i2对目标样品信息频谱o进行更新结果，根据上一次迭代目标样品信息频谱o2,m-1和计算得到的光学传递函数otf1计算得到的编码图像频谱i1,m’根据公式(7)计算；
27、i1,m'＝o2,m-1×otf1 (7)
28、则根据采集的编码图像i1得到的编码图像频谱i1与根据猜测目标样品信息频谱o2,m-1计算得到的编码图像频谱i1,m’的残差δ1,m可由公式(8)计算得出；
29、δ1,m＝i1-i1,m'＝i1-o2,m-1×otf1 (8)
30、则根据公式(9)对目标样品信息频谱o1,m进行更新，其中ε为一小值，为避免分母的0值；
31、
32、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置，其特征在于，所述装置包括：编码板(2)、分光棱镜(3)、第一图像传感器(4)、第二图像传感器(5)、控制系统(6)和计算机(7)；所述控制系统(6)分别与第一图像传感器(4)、第二图像传感器(5)和计算机(7)连接；所述编码板(2)放置于分光棱镜(3)前，用于调制目标样品(1)的光信息；所述分光棱镜(3)用于将目标样品(1)的调制光分为两部分：一部分经反射后被第一图像传感器(4)接收，另一部分经透射后被第二图像传感器(5)接收。
2.根据权利要求1所述的一种双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置，其特征在于，所述第一图像传感器(4)和第二图像传感器(5)距离分光棱镜(3)的出射面不同，其中第一图像传感器(4)与编码板(2)的距离为80-120mm，第二图像传感器(5)与编码板(2)的距离为130-170mm，使两台图像传感器采集到的编码图像对应不同的点扩散函数。
3.一种使用权利要求1所述的双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置的成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的双工作
5.根据权利要求3所述的双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置的成像方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下步骤：
6.根据权利要求3所述的双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置的成像方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤：
7.根据权利要求3所述的双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置的成像方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置，其特征在于，所述装置包括：编码板(2)、分光棱镜(3)、第一图像传感器(4)、第二图像传感器(5)、控制系统(6)和计算机(7)；所述控制系统(6)分别与第一图像传感器(4)、第二图像传感器(5)和计算机(7)连接；所述编码板(2)放置于分光棱镜(3)前，用于调制目标样品(1)的光信息；所述分光棱镜(3)用于将目标样品(1)的调制光分为两部分：一部分经反射后被第一图像传感器(4)接收，另一部分经透射后被第二图像传感器(5)接收。
2.根据权利要求1所述的一种双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置，其特征在于，所述第一图像传感器(4)和第二图像传感器(5)距离分光棱镜(3)的出射面不同，其中第一图像传感器(4)与编码板(2)的距离为80-120mm，第二图像传感器(5)与编码板(2)的距离为130-170mm，使两台图像传感器采集到的编码图像对应不同的点扩散函数。
3.一种使用权利要求1所述的双工作距视场无透镜编码单次曝光成像装置的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王绶玙，余伟，孙瑷蕙，曹悦，郭薇，
申请(专利权)人：无锡学院，
类型：发明
国别省市：
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