[发明专利]一种透过动态液体介质的散射成像装置和方法

说明书

本发明公开了一种透过动态液体介质的散射成像装置和方法，所述装置包括光源及调节模块、空间光调制器、动态成像模块和图像探测模块，其中，光源及调节模块用于产生准直的高斯光束；空间光调制器上加载有零阶贝塞尔光束的相位图样，用于将高斯光束调制为无衍射的零阶贝赛尔光束；动态成像模块包括毛玻璃和动态散射介质，毛玻璃与动态散射介质之间设置有待测目标，毛玻璃能够沿垂直于光路的方向旋转，用于对零阶贝赛尔光束进行散射，动态散射介质用于获得待测目标处光场的频谱信息。本发明通过将入射的高斯光束光调制为无衍射的零阶贝赛尔光束，使得透过动态液体介质的散射成像效果更好，提高了成像分辨率。

技术领域

本发明属于散射成像技术领域，具体涉及一种透过动态液体介质的散射成像装置和方法。

背景技术

动态散射介质是指内部颗粒随时间变化而进行高速、无序运动的散射介质，包括云层、雾霾、烟尘、浑浊水体、活体生物组织等。由于动态散射介质内部折射率分布不均匀，使得光波在其内部传输时会发生强烈的多次散射，导致获取的图像模糊，甚至隐藏在动态散射介质后的目标信息完全丢失；同时，动态散射介质的快速运动，致使散射介质的传输平均自由程、去相关时间及去相关带宽等物理参量也发生了变化，导致目前透过静态散射介质的成像方法无法解决动态散射成像问题，且无法满足在交通安全、水下探测以及生物医学成像等领域的应用需求。

现有的透过动态散射介质等障碍物成像的方法主要有以下两类：基于提取弹道光成像的思想和利用散射光成像的思想。然而，现有基于弹道光的透过动态散射介质方法的成像距离与所接收的弹道光子数成正比关系，无法实现透过动态散射介质的远距离成像。现有利用散射光成像的方法结合了散斑场的全息干涉，仅需要采集单帧散斑数据，但成像分辨率受参考点源大小的影响，且只能恢复目标的轮廓，无法获取准确的相位信息。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种透过动态液体介质的散射成像装置和方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种透过动态液体介质的散射成像装置，包括光源及调节模块、空间光调制器、动态成像模块和图像探测模块，其中，

所述光源及调节模块用于产生准直的高斯光束并入射至所述空间光调制器；

所述空间光调制器上加载有零阶贝塞尔光束的相位图样，用于将所述高斯光束调制为无衍射的零阶贝赛尔光束，并将所述零阶贝赛尔光束反射至所述动态成像模块；

所述动态成像模块包括毛玻璃和动态散射介质，所述毛玻璃与所述动态散射介质之间设置有待测目标，所述毛玻璃能够沿垂直于光路的方向旋转，用于对所述零阶贝赛尔光束进行散射，使其对所述待测目标产生散斑照明；

所述动态散射介质用于获得散斑照明后所述待测目标处光场的频谱信息；

所述图像探测模块用于接收携带所述频谱信息的散斑图样。

在本发明的一个实施例中，所述光源及调节模块包括依次沿光路设置的激光光源、扩束器、光阑和第一透镜，其中，

所述扩束器和所述光阑用于调节来自所述激光光源的光束直径，以与所述空间光调制器的调制靶面配合；

所述第一透镜用于将所述光束调节为准直的高斯光束。

在本发明的一个实施例中，所述动态散射介质设置在玻璃容器中，且所述玻璃容器绕所述光路轴线旋转。

在本发明的一个实施例中，所述动态散射介质为脱脂牛奶、部分脱脂牛奶与水的混合液体、或者氧化锌溶液。

在本发明的一个实施例中，所述图像探测模块包括第二透镜和探测器，其中，

所述第二透镜用于将所述动态散射介质处的携带所述待测目标频谱信息的散斑图样成像于所述探测器上。