[发明专利]散射介质的物理特性估计方法及装置

权利要求书

1.一种散射介质的物理特性估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采用透射式成像模型测量不同厚度的板状散射介质的时域响应曲线；

S2：将采集的时域响应曲线进行归一化处理以规避光源功率对时域响应曲线强度的影响；

S3：设计以时域响应曲线偏移量和散射介质的约化散射系数及吸收系数为优化参量，时域响应测量值为参考量的优化估计框架；

S4：依据散射介质的材质设定散射介质的折射率取值网格，约化散射系数和吸收系数的初始化取值网格；

S5：将所设参数传入优化估计框架进行优化求解，计算所求的拟合时域响应与测量时域响应之间的均方误差；

S6：选取均方误差最小时的折射率值和约化散射系数及吸收系数的优化结果为散射介质的物理特性估计值；

S7：以均方误差为标准，选取以约化散射系数及吸收系数的最优参数为中心的置信度区间，生成最终的估计区间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述透射式成像模型是指用于向场景提供光子的脉冲光源和超快探测器位于散射介质的两侧所构成的成像系统；所述脉冲光源是指能够发射超短脉冲信号的光源；所述超快探测器用来记录场景中光子的飞行时间信息；所述时域响应曲线是指当脉冲光源向场景中发射短脉冲的光信号时，由超快探测器采集到的光子强度随时间的变化曲线。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述归一化处理是指将曲线中各点强度除以曲线中强度的最大值，以使处理后曲线的强度最大值为1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，优化估计框架采用如下公式：

上式中，k表示采集了k个不同厚度板状散射介质的时域响应曲线，i表示当前求和索引，μ′_s，μ_a分别表示散射介质的约化散射系数和吸收系数，μ′_s0，μ_a0分别为设定的散射介质的约化散射系数初值和吸收系数初值，o₁，...o_k表示k条时域响应曲线所对应的k个偏移量，d表示散射介质的厚度，表示在厚度为d_i的散射介质下采集并经偏移预处理后的关于时间的时域响应测量值，n₀为设定的散射介质的折射率初值，φ(t，d_i，n₀，μ′_s0，μ_a0，o_i0)为在厚度为d_i，折射率为n₀，约化散射系数为μ′_s0，吸收系数为μ_a0的散射介质下经偏移o_i0后所得的理论时域响应值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对采集的原始时域响应曲线进行偏移预处理后得到所述优化估计框架中的偏移预处理步骤包括：

S31：测量激光器与探测器之间的距离，将距离除以光速，计算出需要位移的时域点数，并对采集的原始时域响应曲线进行位移操作得到

S32：将S31中所得的时域响应曲线位移与其对应的散射介质厚度除以光速的时域点数得到

S33：计算不同厚度下，散射介质折射率、约化散射系数和吸收系数为初值条件下的理论时域响应φ(t，d_i，n₀，μ′_s0，μ_a0)的峰值，将S32中所得的时域响应曲线进行位移操作，使其峰值与φ(t，d_i，n₀，μ′_s0，μ_a0)的峰值对齐，最终得到

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，理论时域响应值的计算函数φ(·)为可描述光在散射介质中扩散的空时行为的函数模型，其为如下之一：扩散方程、辐射传输方程在板状散射介质中的解析解。