[发明专利]一种基于无先验目标定位的大视场散射成像方法和装置

说明书

一种基于无先验目标定位的大视场散射成像方法和装置，采集大视场下的多物体经散射介质形成的散斑，在两张不同像距下的散斑图中，通过块匹配算法，建立描述两层散斑间缩放关系的缩放矢量；通过基于缩放矢量长度和方向信息的无先验目标物位置提取算法，获取多物体的位置信息；以获取的位置信息为基准，在散斑上以各物体位置为中心取矩形块，得到各待重建目标物的自相关信息；利用相位恢复算法，从自相关信息中重建物体空域信息，将重建后物体放置到提取出的各物体位置上，形成完整的大视场多物体重建结果，实现无先验大视场多物体散射成像。作为一种非侵入式无先验散射成像方法，本发明可极大提高成像视场范围，同时无先验获取目标物的位置信息。

技术领域

本发明涉及计算机视觉与数字图像处理领域，特别是一种基于无先验目标定位的大视场散射成像方法和装置。

背景技术

散射介质广泛存在于自然界中，由于其内部折射率未知且复杂，使得透过散射介质成像变得极为困难，但同时散射成像在雾天驾驶，深海探测，生物组织观测等领域具有广泛的应用前景，因此如何透过散射介质清晰成像一直是成像领域的研究热点。

现有透过强散射介质的散射成像方法，主要包括以下三类：波前整形法，基于点扩散函数(PSF)的反卷积方法、相关成像算法。其中相关成像算法，以其装置简单，非侵入式采集，成像速度快等特点受到广泛应用，但该方法具有一个明显的限制条件，即成像视场范围受限于记忆效应(Memory Effect)范围，导致这种成像方法必须在满足一定物距或待观测物尺寸的情况下才能使用。现有关于散射相关成像视场范围拓展的算法，都引入了不同程度的先验信息，在实现视场范围扩大的同时牺牲了系统的非侵入式采集的特性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷中的至少一种，提供一种基于无先验目标定位的大视场散射成像方法和装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于无先验目标定位的大视场散射成像方法，所述方法包括如下步骤：

A1：利用传感器采集大视场下的多物体经过散射介质后形成的散斑，在采集的两张不同像距下的散斑图中，通过块匹配算法，建立描述两层散斑间缩放关系的缩放矢量；

A2：利用缩放矢量与目标位置间的耦合关系，通过基于缩放矢量长度和方向信息的无先验目标物位置提取算法，获取多物体的位置信息；

A3：以获取的位置信息为基准，在散斑上以各个物体的位置为中心取矩形块，并计算其自相关，作为各个待重建目标物的自相关信息；

A4：利用相位恢复算法，从各个物体的自相关信息中重建物体空域信息，并依据获取的物体位置，将重建后的物体放置到各自对应的位置上，最终形成完整的大视场多物体重建结果，实现无先验大视场多物体散射成像。

进一步地：

步骤A1中利用传感器采集非相干光照明下的多物体O_k,k＝1,2,…,n经过散射介质后形成的散斑I和I′，其中I和I′的像距不同，I对应的像距为d_i，I′对应的像距为d′_i；像距d_i和d′_i相对于散射介质处于菲涅尔近场范围内；每一个物体O_k对应的位置为(s_k,t_k)；对于多目标物的限制条件为：在物面到散射介质的距离为d₀，散射介质的记忆效应范围为Δθ的前提下，各物体的尺寸小于d₀·Δθ，而相邻两物体的间距大于d₀·Δθ，多个物体形成的联合视场范围大于介质记忆效应范围；对于采集到的不同像距下的散斑，利用块匹配算法，建立描述两层散斑间缩放关系的缩放矢量。

所述步骤A1中利用块匹配算法建立缩放矢量的过程按照如下公式：