[发明专利]基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法

权利要求书

1.一种基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法，包括以下步骤：

(1)对CCD相机采集到的原始图像进行图像亮度均一化处理，以消除由光源波动对图像亮度的影响；

(2)对图像亮度均一化处理后的图像进行傅立叶变换操作，获得对应的频谱；

(3)通过控制空间光调制器在0°、45°、90°和135°每个方向上输入三个不同的相位值，组成3×3线性方程组并求解，以分离出每个方向上的0级、+1级和-1级频谱成像信息；

(4)由四个方向上分离出的0级、+1级和-1级频谱成像信息的重叠区域，得到四组结构光照明的频率分量k_i，i∈{0°,45°,90°,135°}；

(5)利用余弦函数的傅里叶变换特性，将得到的四组结构光照明的频率分量k_i进行频率拼接，得到扩展频谱k₀±k_i，其中k₀为原始频率分量；

(6)利用角谱理论在频率域内获取随机散射介质的传输矩阵数据立方体E_m；

(7)根据结构光照明扩展的频谱k₀±k_i和随机散射介质的传输矩阵数据立方体E_m，通过成像图像重建ASCIRA算法重建出观测目标图像。

2.根据权利要求1所述的基于结构光照的随机散射光学超衍射极限成像方法，其中步骤(3)所述的通过控制空间光调制器在0°、45°、90°和135°每个方向上输入三个不同的相位值，组成3×3线性方程组并求解，按如下步骤进行：

6a)通过主控计算机控制空间光调制器在0°、45°、90°和135°每个方向上任意输入三个不同的相位值φ_j，j∈{1,2,3}；

6b)将三个不同的相位值φ_j代入结构光照明强度表达式，得到结构光在0°、45°、90°和135°每个方向上光强度表达式如下：

I(r)＝I₀[1+cos(k_i·r)+φ_j]<1>

其中，I₀为光源的光强度，k_i为不同方向结构光照明的频率分量，i∈{0°,45°,90°,135°}，r为空间坐标；

6c)根据结构光在0°、45°、90°和135°每个方向上光强度I(r)和整个光学系统的点扩散函数PSF(r)，得到整个光学系统所成图像D(r)的数学表达式：

D(r)=[O(r)·I(r)]⊗PSF(r)---<2>]]>

其中，O(r)代表观测目标图像，D(r)代表整个光学系统所成的图像，PSF(r)表示整个光学系统的点扩散函数；

6d)对公式<2>进行傅立叶变换，得到整个光学系统所成图像在频率域内的数学表达式：

D(k)=I0[S(k0)+0.5S(k0+ki)e-iφj+0.5S(k0-ki)eiφj]OTF(k)---<3>]]>

其中，D(k)为频率域内整个光学系统所成的图像，OTF(k)表示整个光学系统的光学传递函数，S(k₀)、S(k₀+k_i)、S(k₀-k_i)分别为0级、+1级、-1级频谱成像信息；

6e)通过控制空间光调制器输入的三个不同的相位φ_j，j∈{1,2,3}，代入公式<3>，组成3×3线性方程组并求解，以分离出每个方向上的0级、+1级和-1级频谱成像信息，即S(k₀)、S(k₀+k_i)、S(k₀-k_i)。