[发明专利]一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置

说明书

本发明公开了一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置，方法包括：随机生成若干二值化数组并分别控制二值化空间调制器对入射波波面进行空间调制，在衍射波强度采集区域内获取与所述若干二值化数组对应的若干衍射波强度；构建评价模型，根据所述若干衍射波强度、所选择的待聚焦位置以及若干二值化数组，对所述评价模型进行训练；构建策略模型，采用训练完备的评价模型对所述策略模型进行训练；采用训练完备的策略模型获取最优数组，对最优数组进行二值化并设置各个二值化空间调制器的调制状态，以实现在待聚焦位置的聚焦。本发明具备实现方式简单、模型构建方法可扩展性强、计算时间短，受噪声影响较小等优点。

技术领域

本发明涉及计算成像技术领域，具体涉及一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法以及装置。

背景技术

利用空间调制的方式将空间中传播的波面分为多个独立单元，对每个单元施加振幅或者相位调制，可以调控后续波面的衍射传播，进而实现在指定位置的聚焦。相比连续相位或者连续振幅调制，二值化调制更容易实现，且调制速度更快。例如对于极紫外光或者X射线都难以进行连续相位调制，但可以通过控制空间中不同位置的“透过”与“不透过”来实现二值化调制，典型的例子是波带片。在可见光波段，基于数字微镜器件的二值化空间调制器可以达到数万赫兹的调制频率，远高于目前基于液晶的连续相位或者连续振幅空间光调制器。

当波面具有未知的振幅及相位空间分布，或者传播过程中经历散射等非自由传播的过程时，则需要结合波前校正技术来实现聚焦。例如在光学领域，基于逐点尝试或者遗传算法的二值化波前校正技术可以利用数字微镜器件实现光透过散射体的聚焦，但无法灵活改变聚焦位置；如果需要改变聚焦位置则需要重新进行整个波前校正过程。基于传输矩阵测量的二值化波前校正技术在多次测量获得散射传输特性矩阵后可以实现在多个位置的聚焦，但存在计算耗时较长、易受噪声影响等缺点。本发明可以有效实现基于二值化空间调制的聚焦，且实现方式简单、模型构建方法可扩展性强、计算时间短，受噪声影响较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二值化空间调制的衍射聚焦方法及装置，具备实现方式简单、模型构建方法可扩展性强、计算时间短，受噪声影响较小等优点。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种衍射聚焦方法，包括如下步骤：

随机生成若干二值化数组并配置二值化空间调制器的调制状态，对入射波波面进行空间调制并获取若干衍射波强度,其中各衍射波强度均在预设的衍射波强度采集范围内获取；

构建评价模型，根据选择的待聚焦位置、所述随机二值化数组以及对应的衍射波强度，对所述评价模型进行训练；其中，所述评价模型用于反映二值化数组与衍射波强度中待聚焦位置的衍射波强度的映射关系；

构建策略模型，采用训练完备的评价模型对所述策略模型进行训练，其中，策略模型用于产生一个最优数组，所述最优数组作为所述评价模型的输入时可以使评价模型的输出最大化；

对所述最优数组进行二值化并配置二值化空间调制器的调制状态，以实现在待聚焦位置的聚焦。

在其中一些实施例中，所述随机生成若干二值化数组并配置二值化空间调制器的调制状态，对入射波波面进行空间调制并获取若干衍射波强度，包括：

步骤一、随机生成二值化数组；

步骤二、根据所述二值化数组改变二值化空间调制器的调制状态；

步骤三、获取传感器采集的空间调制器之后有效衍射区域内、与所述调制状态对应的入射波波面的衍射波强度；

步骤四、重复步骤一至步骤三，得到若干个衍射波强度以及与所述衍射波强度对应的二值化数组。