[发明专利]一种高质量鲁棒部分相干成像方法及装置

权利要求书

1.一种高质量鲁棒部分相干成像方法，其特征在于，该方法基于成像装置实现，成像装置包括激光器(1)、扩束镜(2)、线偏器(3)、反射镜(4)、空间光调制器(5)、4f系统、薄透镜(9)和光束分析仪(10)；

激光器(1)发出的激光束，经过一个扩束镜(2)，再经过一线偏器(3)，形成一束线偏振激光束，再经过一个反射镜(4)，使得光束照射到空间光调制器(5)上，产生一束具有特殊统计特性的部分相干线性偏振光束；产生的部分相干光束经过4f系统，得到一束准直并滤波之后的一级衍射光，此光束即为能够对目标进行成像的部分相干光束；产生的部分相干光束经过一个薄透镜(9)进行聚焦，聚焦后的部分相干光束具有成像目标的特性；光束分析仪(10)连接计算机在薄透镜(9)的焦点处对产生的部分相干光束光场进行测量，得到所需要的目标强度成像图像；

成像方法包括：构造部分相干光束的交叉谱密度函数，来操控光束在远场处对所需要的目标进行成像；在源平面上构造具有特殊传输特性的部分相干光场交叉谱密度，其函数表达式为：

具有二阶统计特性的光束可在通过透镜传输后实现部分相干成像，在远场处产生所需要的目标光强分布；其中r₁＝(x₁,y₁)，r₂＝(x₂,y₂)表示源平面上任意两点的位置矢量，是初始光强，σ是光束束腰宽度，当σ趋向于无穷大时，可等效于平面波入射；δ表示部分相干光束的交叉谱密度函数中的关联结构的关联宽度，a是可调控的间距参数，调控远场光强上各像素之间的距离，N和M控制成像图像的像素的个数，F(m,n)代表成像目标强度灰度矩阵，控制部分相干成像的目标强度分布；通过调控N、M、δ、a、F(m,n)，实现部分相干成像；选择不同的参数，可调控远场处所需的成像目标光强分布。

2.根据权利要求1所述的高质量鲁棒部分相干成像方法，其特征在于，当关联宽度δ趋向于无穷大时，交叉谱密度函数退化为：

此时部分相干光成像退化为完全相干光成像，初始交叉谱密度函数对应的电场为：

3.根据权利要求1所述的高质量鲁棒部分相干成像方法，其特征在于，部分相干场表示为互不相关的完全相干场叠加；

其中，α_pq是展开系数，ψ_pq(r)是相干模式，展开系数为

其中，v_pq＝(v_p,v_q)表示随机变量，C代表归一化系数，F(m,n)代表图像强度灰度矩阵，每个m和n对应一个像素点；把图像灰度信息和对应的离散高斯点结合，将灰度矩阵转化为带空间坐标的信息，从而将图像信息转移到展开系数中。

4.根据权利要求1所述的高质量鲁棒部分相干成像方法，其特征在于，完全相干光实现成像时，在源平面上的电场函数表达式为：

其中(x,y)表示源平面上任意一点的位置矢量，exp[-(x²+y²)/σ²]是初始光强；

具有电场函数分布的完全相干光束在经过傍轴光学系统传输之后实现成像，其输出面上的光强为：

其中k＝2π/λ为波数，λ为入射光波长，(x_o,y_o)表示输出面上任意一点的位置矢量；A 和B代表傍轴光学系统的传输矩阵；通过输出面的光强表达式，即可理论模拟完全相干成像。

5.根据权利要求1所述的高质量鲁棒部分相干成像方法，其特征在于，在空间光调制器上连续播放不同的全息图，来实现不同模式的非相干叠加，从而产生需要的部分相干光束。

6.根据权利要求1所述的高质量鲁棒部分相干成像方法，其特征在于，在空间光调制器(5)上连续播放不同的全息图，来实现不同模式的非相干叠加，从而产生需要的部分相干光束。