[发明专利]一种无序介质通道分析装置和方法

说明书

本发明提出了一种无序介质通道分析装置和方法，该方法首先通过计算机生成指定尺寸的哈达玛图像并加载至光路系统，每次加载时采集一次图像并保存图像；然后通过哈达玛图像和传感器图像分别计算出对应无序介质透射和反射的传输矩阵；其次对透射和反射传输矩阵分别做奇异值分解，得到对应的传输通道矩阵；最后根据透射和反射传输矩阵对应的传输通道矩阵确定两组传输通道的相对映射系数。本发明通过计算出映射系数能够定性地表达同一入射光在反射和透射两侧的相对光强大小。

技术领域

本发明涉及无序介质技术，尤其涉及一种无序介质通道分析装置和方法。

背景技术

无序介质在生活中无处不在，大气、生物组织、甚至海洋都可以归于此类，因此对无序介质的研究具有十分重要的意义。

现有技术中对无序介质的研究方法包括利用波前整形法、相位共轭法或传输矩阵法使无序介质的透射或反射的散射光束聚焦和成像。现有文献中大多都是采用这些方法针对无序介质的某一侧光束进行解析，然而在实际生活中，并不一定能够采集到指定一侧的光束，因此，研究目标侧和相反侧的光束之间的关系具有非常重要的实际意义。另外，现有文献中对无序介质的通道的讨论绝大部分也是基于特定一侧的光束，讨论各个通道对应的特征值的分布，探究对该侧光强影响最大的通道并致力于将光束耦合进该通道，而对两侧光束的通道之间的关系研究甚少，不能够同时分析耦合一束光线时两侧光强的同步变化，以及他们的对应关系，不适用于需要同时利用两侧光信息的情况。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种无序介质通道分析装置。

实现本发明的技术解决方案为：一种无序介质通道分析装置，包括光源、第一透镜、第二透镜、空间光调制器、光路折转系统、分光镜、第一显微镜、无序介质、第二显微镜、第一传感器、第二传感器以及计算机，其中：

所述光源、第一透镜、第二透镜在一水平线上同轴放置，所述空间光调制器、分光镜、第一显微镜、无序介质、第二显微镜、第一传感器在另一水平线上同轴放置，第二传感器与分光镜同轴放置，所述计算机用于将相位图像写入空间光调制器同时接收和记录第一光电传感器、第二光电传感器感应的光强信息并根据上述光强信息对无序介质通道进行分析；

光源发出的光经第一透镜和第二透镜扩束和准直，以平行光出射至光路折转系统，平行光经光路折转系统垂直入射到空间光调制器的液晶表面中心，经空间光调制器调制和反射后经过第一显微镜聚焦到无序介质表面，聚焦到无序介质的光分为两部分，一部分为透过无序介质的散射光，该透射的散射光经过第二显微镜消除聚焦作用后被第一传感器接收，另一部分为被无序介质反射的散射光，该反射的散射光经过第一显微镜消除聚焦作用后被分光镜反射到第二传感器接收。

优选地，所述光路折转系统包括第一分束镜和第二分束镜，所述第一分束镜和第二分束镜用于将光束反射两次，反射后的光束与入射光束平行但传播方向相反。

优选地，所述光源为连续型激光器，发出的光为连续型可见激光。

本发明还公开了一种无序介质通道分析方法，具体步骤为：

步骤1、搭建光路系统；

步骤2、计算机生成指定尺寸的哈达玛图像，取其列向量分别整形为方阵，按顺序将方阵的四步移相图加载至光路系统，每次加载时采集一次图像并保存图像；

步骤3、通过哈达玛图像和传感器图像分别计算出对应无序介质透射和反射的传输矩阵；

步骤4、对透射和反射传输矩阵分别做奇异值分解，得到对应的传输通道，即对传输矩阵K做奇异值分解SVD(K)＝U∑V,得到将输入通道映射到随机散射介质特征通道的酉矩阵V，将随机散射介质特征通道映射到输出通道上的酉矩阵U，以及对角线上元素为非负实数的奇异值对角矩阵∑，其中V的列包含了所需的传输通道信息，V的每列均为一个传输通道；