[发明专利]散射介质的物理特性估计方法及装置

说明书

本发明公开一种散射介质的物理特性估计方法及装置，包括：采用透射式成像模型测量时域响应曲线；将采集的时域响应曲线进行归一化处理；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；依据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；将所设参数传入优化估计框架进行优化求解，计算均方误差；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；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。本发明可以估计散射介质的多种物理特性，提供的估计结果准确度更高。

技术领域

本发明涉及计算机成像学领域，特别是涉及一种散射介质的物理特性估计方法及装置。

背景技术

散射介质广泛存在于自然界中，如浓烟、雾霾、浑浊水体和生物组织等，其物理特性如散射特性、吸收特性和折射特性也具有多样性的特点。对散射介质物理特性的分析有助于科研人员探究光散射现象的物理机理，进而有针对性地设计不同散射场景下的散射成像方法，从而突破散射介质障碍，实现对散射场景中的目标物体进行成像。然而，由于散射介质的物理特性种类繁多，对各项特性进行精确估计还面临着重大挑战。

现有对散射介质物理特性的估计方法主要是依据比尔-朗伯定理进行的功率测定法。首先测定激光器的初始功率，然后测定激光通过散射介质后的输出功率，通过计算两个功率之比的对数函数得到散射介质的衰减系数，这种测量方式简单方便，但其准确率不高，且准确率的提升依赖于实验重复次数，此外，衰减系数是一个包含了散射系数和吸收系数的综合性参数，该方法无法直接估计这两种参数的具体值。

发明内容

为了弥补上述背景技术的不足，本发明提出一种散射介质的物理特性估计方法及装置，以解决现有对散射介质物理特性的估计方法准确率低、无法直接估计多种物理特性的问题。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种散射介质的物理特性估计方法，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，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。

在一些实施例中，步骤S3中，优化估计框架采用如下公式：