[发明专利]高时间分辨率的频域瞬态成像方法

说明书

本发明公开了一种高时间分辨率的频域瞬态成像方法，包括以下步骤：1)通过调制成像系统对被测对象采集一组图像集I_x,y(f,φ)；2)从频率为f的所述图像集I_x,y(f,φ)中提取出基波图像和谐波图像Iⁿ_x,y(nf)；3)对所述基波图像和所述谐波图Iⁿ_x,y(nf)像进行幅值和相位的校正；4)将校正后的所述基波图像和所述谐波图像Iⁿ_x,y(nf)组成频谱图像集I^p_x,y(f)，然后沿着所述频谱图像集的频率f做傅里叶变换得到瞬态图像i_x,y(t)。该方法从采集得到的有限工作频率的图像数据中提取出高次谐波分量，获得更高频率的信息，从而提高瞬态图像的时间分辨率。

技术领域

本发明涉及光学和计算机视觉领域，特别涉及一种高时间分辨率的频域瞬态成像方法。

背景技术

对于一般成像系统来说光速可以认为是无穷大的，因此传统图像记录的是在光照稳定的条件下的对象的光响应。但是对象的光瞬态响应包含了更多的信息。采集对象的光瞬态响应的信息的技术称为瞬态成像。瞬态成像的一种方法是采用超高速的相机，并且需要超短脉冲光源。这种方法属于时域采集方案，其时间分辨率取决于相机的成像速度。缺点为所采用的超高速成像系统系统和光源非常昂贵，而且采集过程复杂非常耗时。另一种方法是采用调制成像系统，所需的系统与TOF(飞行时间)深度相机原理相同，区别在于深度相机采用固定频率的脉冲进行成像，而瞬态成像所用的调制成像系统需要用多个频率分别进行成像。这种方法属于频域采集方案，成像系统在每个工作频率上采集的数据就是瞬态图像的在该频率的频谱，通过傅里叶变换及相关去噪算法或采用优化方法可以求解出瞬态图像。频域瞬态成像的时间分辨率主要取决于调制成像系统的工作频率。由于硬件系统的限制，调制成像系统只能工作在有限的频率范围，这限制了得到的瞬态图像的时间分辨率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中调制成像系统工作的频率范围有限导致瞬态图像的时间分辨率较低的技术缺陷，发明了一种高时间分辨率的频域瞬态成像方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高时间分辨率的频域瞬态成像方法，该方法包括以下步骤：1)通过调制成像系统对被测对象采集一组图像集I_x,y(f,φ)；2)从频率为f的所述图像集I_x,y(f,φ)中提取出基波图像和谐波图像Iⁿ_x,y(nf)；3)对所述基波图像和所述谐波图Iⁿ_x,y(nf)像进行幅值和相位的校正；4)将校正后的所述基波图像和所述谐波图像Iⁿ_x,y(nf)组成频谱图像集I^p_x,y(f)，然后沿着所述频谱图像集的频率f做傅里叶变换得到瞬态图像i_x,y(t)。

上述技术方案中，步骤1)中所述调制成像系统至少包括一个信号发生器、一个光源及一个成像系统。

上述技术方案中，步骤1)中所述通过调制成像系统对被测对象采集一组频率为f的图像集I_x,y(f,φ)的步骤为：a)所述信号发生器控制所述光源以频率f发射方波信号，并控制所述成像系统的快门以同频率成像；b)采集所述光源的控制信号和所述成像系统的快门的控制信号的相位差为φ时得到的图像及φ-90°得到的图像组成所述图像集其中j为虚数符号。

上述技术方案中，步骤1)中所述调制成像系统选择从低到高的频率范围选择等间隔工作频率以及从0到2π的相位选择等间隔相位对被测对象进行采集图像。

上述技术方案中，步骤2)中从所述频率为f的图像集I_x,y(f,φ)中提取出基波图像和谐波图像Iⁿ_x,y(nf)的步骤为：