[发明专利]一种单帧超光学记忆效应的多目标彩色散射成像方法

说明书

本发明公开了一种单帧超光学记忆效应的多目标彩色散射成像方法，包括：利用单帧多目标彩色成像系统获取超出光学记忆效应的彩色目标的单帧彩色散斑图像；根据所述单帧彩色散斑图像获取不同颜色组分的分离散斑图像，并计算不同颜色组分的分离散斑图像的自相关数据；根据不同颜色组分的分离散斑图像和自相关数据重构不同颜色组分的彩色目标；将获得的不同颜色组分的彩色目标拼接到同一视场中，从而获得超出光学记忆效应的多目标彩色成像结果。该方法能够高效重构超出光学记忆效应范围的多目标彩色成像，且目标成像清晰效果好，分离度高、计算高效快速；且使用的成像光路无需引入特制滤波元件，光路简单，操作方便。

技术领域

本发明属于非相干光学成像技术领域，具体涉及一种单帧超光学记忆效应的多目标彩色散射成像方法。

背景技术

随着成像距离的增加，传统光学成像中使用的弹道光子以指数形式衰减，加之光与散射介质(如生物组织、云雾等)相互作用的散射和吸收，成像质量进一步退化，目标信号难以解译，传统成像技术无法直接对超出视距范围的目标进行成像观测。现有的偏振成像、图像增强和门选通等技术主要依靠弹道光子成像，很难实现透过强散射介质成像。

为了实现散射光场的目标重构，散射成像技术应运而生。当光波进入散射介质的入射角度比较小时，该范围内的光波产生的散斑图像之间存在较强的关联性，这种现象称为光学记忆效应。实时非侵入式散斑成像技术正是利用光学记忆效应结合目标自相关信息与散斑自相关信息的关联特性，仅需测量单帧散斑，并计算其自相关来获取准确的目标傅立叶振幅信息，再利用相位恢复技术恢复出目标的傅立叶相位信息，进而恢复出整个目标光场振幅和相位信息，实现目标的高分辨率解译。当成像目标的范围超出光学记忆效应范围时，视场内多目标的自相关信息在傅立叶域发生混叠，导致无法获取准确的目标傅立叶幅值信息，相位恢复技术因此失效。在近期发展的透过散射介质的彩色成像中，成像视场范围也受到了光学记忆效应的严重限制，无法对记忆效应范围外的多目标成像。

现有的透过散射介质的彩色成像技术中，2018年中山大学周建英课题组通过推导散射光学系统中距离与光谱的关系，实现了透过散射介质的先验光谱成像。2019年美国杜克大学利用光谱编码技术结合散斑相关方法，实现了透过散射介质的彩色成像。2020年美国伯克利大学的Kristina Monakhova等人提出了一种高光谱散射成像方法，研究人员利用高光谱三维点云标定方法结合稀疏约束重构算法，实现了透过散射介质的彩色真实目标成像。同年，西安电子科技大学的朱磊等人，利用双谱分析结合相位重构的技术，实现了单帧透散射介质的彩色成像。

以上方法均可实现透过散射介质的彩色成像，但其成像范围受限于光学记忆效应，无法实现记忆效应范围外的多目标成像。另外，在宽视场多目标彩色散射成像中，如果多目标超出光学记忆效应，利用散斑相关成像技术时，其多个目标的自相关会出现混叠现象，另外在彩色成像中，现有成像系统中的拜尔滤波片会产生色彩信道串扰，这些问题导致直接散斑分离中相位恢复出现错误结果，影响成像效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单帧超光学记忆效应的多目标彩色散射成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种单帧超光学记忆效应的多目标彩色散射成像方法，包括：

S1：利用单帧多目标彩色成像系统获取超出光学记忆效应的彩色目标的单帧彩色散斑图像；

S2：根据所述单帧彩色散斑图像获取不同颜色组分的分离散斑图像，并利用不同颜色组分的分离散斑图像计算各自的自相关数据；

S3：根据不同颜色组分的分离散斑图像和自相关数据重构不同颜色组分的彩色目标；

S4：将获得的不同颜色组分的彩色目标拼接到同一视场中，从而获得超出光学记忆效应的多目标彩色成像结果。