[发明专利]一种用于迭代关联成像的阈值选取方法与装置

权利要求书

1.一种用于迭代关联成像的阈值选取的装置，其特征在于，包括激光(1)、光扩束器(2)、毛玻璃(3)、光束分束器(4)、待测物体(5)、凸透镜(6)、桶探测器(7)、光电耦合器件(8)、微控制器(9)、伺服电机驱动器(10)、步进电机驱动器(11)、伺服电机(12)、步进电机(13)、触摸屏(14)及计算机(15)；

其中，所述激光(1)通过扩束器(2)后照射在旋转的毛玻璃(3)上生成赝热光源，赝热光源经过光束分束器(4)后被分成两束光分别为物臂光束和参考臂光束，物臂光束照射待测物体(5)，经过凸透镜(6)成像后被桶探测器(7)记录总光强，参考光束照射与待测物体(5)关于赝热光源空间对称位置处的光电耦合器件(8)后被记录光场分布；所述微控制器(9)分别通过伺服电机驱动器(10)和步进电机驱动器(11)对伺服电机(12)和步进电机(13)控制，伺服电机(12)控制毛玻璃(3)旋转，步进电机(13)控制毛玻璃(3)纵向移动，伺服电机(12)的旋转角速度和步进电机(13)的步进速度在触摸屏(14)上设置，伺服电机(12)每旋转一周，微控制器(9)驱动步进电机(13)移动一个步长，使激光照射到毛玻璃上任意位置；在激光照射毛玻璃过程完成后由微控制器向桶探测器和光电耦合器件同时发射一个脉冲，以此指示桶探测器和光电耦合器件开始执行记录过程，阈值选取过程在计算机(15)完成。

2.如权利要求1所述的一种用于迭代关联成像的阈值选取的装置的阈值选取方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)、激光光源照射旋转毛玻璃得到赝热光源，伺服电机控制毛玻璃的旋转，步进电机控制毛玻璃纵向移动，伺服电机每旋转一周，步进电机移动一个步长，使不同时刻激光照射毛玻璃后产生不同的散斑场；

(2)、赝热光源被分束器分成物臂光束和参考臂光束；设待测物体传输函数和空间分布均在二维坐标系中表示，x,y分别代表横坐标和纵坐标；物臂光束照射传输系数为T(x,y)的待测物体后由桶探测器记录其总光强，第n次探测得到的总光强记做B_n，同时参考臂光束的光场分布被CCD接收，其第n次测量得到散斑场记做I_n(x,y)；

(3)将N次测量得到的散斑场逐行排列，生成观测矩阵Φ，并求出其伪逆矩阵；

伪逆关联成像的重构公式为：

其中，Φ是将N次测量得到的散斑场逐行排列生成的观测矩阵，是观测矩阵Φ的伪逆矩阵，p为待测物体的像素信息，假设待测物体的原始图像以及散斑场的光场分布均为p×p像素；

传统关联成像的重构公式的矩阵形式表示为

其中，B_n是N次测量得到的总光强的均值，此公式第二项在测量次数足够大时趋于常数，因此剔除后不会影响重构图像质量；

(4)将Φ^TΦ和分别写成如下形式：

Φ^TΦ＝s+n

其中，s是Φ^TΦ或的对角线元素组成的对角矩阵，n是Φ^TΦ或的非对角线元素组成的噪声干扰项矩阵；

令T＝[T(1,1),T(1,2)…,T(p,p)]^T,于是传统关联成像的重构公式可表示为：

伪逆关联成像的重构公式可表示为：

(5)、分别使用传统关联重构结果和伪逆关联成像重构结果作为初始值，构造假设噪声干扰项和于是传统迭代关联成像和迭代伪逆关联成像的重构公式分别表示为

其中n′_GI,n′_PGI分别是传统迭代关联成像重构算法和迭代伪逆关联成像重构算法的阈值；

(6)、对观测矩阵和其伪逆矩阵乘积结果或观测矩阵和其转置矩阵乘积结果进行聚类，此过程可通过在电脑端编写阈值选取函数来完成，本发明使用MATLAB软件编写阈值选取函数，具体如下：

输入参量为散斑场光场分布、图片大小和采样次数，输出参数为阈值，阈值选取函数完成K-均值聚类法对观测矩阵和其转置乘积结果Φ^TΦ或观测矩阵和其伪逆矩阵的乘积结果的非对角线元素聚类；按照Φ^TΦ或者非对角线上各个数据点的分布情况确定聚类数目，再给出每一类的初始聚类中心，根据非对角线数据点到每个初始聚类中心点的距离，把所有数据点分属到各自的类别中；在分属好的类别中依照类内各数据点和这一类的初始聚类中心点的距离平均值，得到新的聚类中心点；在得到新的聚类中心点后，再次根据非对角线数据点到新的聚类中心点的距离，重新划分聚类，直到新确定的聚类中心点不再变化，聚类结束；选择聚类中心最小数据子集的最大值作为阈值n′；

(7)、将此阈值n′用于传统迭代关联成像和迭代伪逆关联成像的重构算法中。