[发明专利]一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法及系统

权利要求书

1.一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法，其特征在于：通过双通道共用像面压缩成像，实现单次曝光同时捕获双通道图像，在相同探测器情况下，将时间分辨率提高一倍，且在相同成像时间分辨率精度要求下，数据量降低一倍；将双通道共用像面获取的混合图像采用频域压缩方式分离，在无需增加扫描装置情况下扩大成像视场，进而提高成像系统的结构紧凑性、稳定和经济性；通过基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像，解决光学成像视场和焦距的矛盾，实现大视场和长焦距并存成像；

所述的一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法包括如下步骤，

步骤一：对基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像光路获取的成像光束，按照下述四个约束条件进行频域编码，编码调制通过在次镜上添加特殊相位实现，得到频域编码后的成像光束；

条件一：相位编码不能使得基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像光学系统的MTF在特征频率前出现零点，否则会造成信息的丢失；

条件二：基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像光学系统的PSF应使得各自的OTF在图像频率域上的采样位置不同，进而保证图像的信息不会在频率域产生混叠，便于利用复原算法恢复；

条件三：基于晶体线偏器的透射式双通道成像光学系统各通道不同视场相位编码后的PSF应尽量相同，便于大幅简化图像复原算法；

条件四：基于晶体线偏器的透射式双通道成像光学系统相位编码后的PSF应使得OTF采样的区域尽量大，进而增多频域采样的信息，从而有利于图像复原；

步骤二：对步骤一得到的频域编码后的成像光束，通过双通道共用像面曝光，获取的双通道共用像面混合图像；

步骤三：对步骤二获取的基于晶体线偏器的透射式双通道共用像面混合图像，通过傅里叶变换到频域，得到所述共用像面混合图像的频谱图，将所述频谱图通过压缩感知复原算法进行图像复原，从一张图像中分别复原出两个成像通道的物方图像，即实现频域压缩方式分离成像。

2.如权利要求1所述的一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法，其特征在于：步骤二中，

所述双通道共用像面指双通道共用一个面阵光电探测器捕获混合图像；

所述面阵光电探测器捕获的混合图像的强度信息i(x,y)简化为：

其中，表示卷积，f₁(x,y)、f₂(x,y)表示基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像光学系统的两个通道捕获的物空间信息，PSF₁(x,y)、PSF₂(x,y)表示基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像光学系统的两个通道的点扩散函数。

3.如权利要求2所述的一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法，其特征在于：对步骤二获取的双通道共用像面混合图像，进行傅里叶变换，得到如公式(2)所述的共用像面混合图像的频谱图；

所以将基于晶体线偏器的透射式双通道频域压缩成像的逆问题转换为频域上的压缩感知复原问题：

将公式(3)所示的频域压缩感知复原问题，作为图像复原的目标函数，将所述频谱图通过压缩感知复原算法进行图像复原，从一张图像中分别复原出两个成像通道的物方图像，即实现频域压缩方式分离成像。

4.如权利要求3所述的一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法，其特征在于：通过所述采用频域压缩方式分离成像，能够得到两幅分离图像，将所述两幅分离图像，根据双通道视场关系进行拼接，在扩大视场的基础上改善成像的视觉效果。

5.一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像系统，用于实现如权利要求3或4所述的一种基于晶体线偏器的透射式双通道压缩成像方法，其特征在于：包括第一相位板、第二相位板、第一无焦缩束镜组、第二无焦缩束镜组、第一偏振片、第二偏振片、晶体线偏器、成像物镜、面阵光电探测器和图像复原系统；在光线传播方向上，各组成部分按顺序排列；

所述第一相位板位于第一无焦缩束镜组的光瞳处，其与第一无焦缩束镜组和第一偏振片共同组成第一通道，对通过第一前组缩束镜组的成像光束进行调制和编码；相位板为具有预设面型的玻璃板，其对成像光束进行编码以调制双通道压缩成像系统中光学第一通道的PSF和OTF；相位板面型应与所需相位调制的调制量和相位相匹配，其调制光学第一通道的采样特性以使其满足步骤一中的四个条件；

所述第二相位板位于第二无焦缩束镜组的光瞳处，其与第二无焦缩束镜组和第二偏振片共同组成第二通道，对通过第二前组缩束镜组的成像光束进行调制和编码；相位板为一个具有预设面型的玻璃板，其对成像光束进行编码以调制双通道压缩成像系统中光学第二通道的PSF和OTF；相位板面型应与所需相位调制的调制量和相位相匹配，其调制光学第二通道的采样特性以使其满足步骤一中的四个条件；

第一相位板和第二相位板通过面型参数对成像光束进行相位调制，其调制应满足压缩感知的相关规则，以使得后续的图像复原系统可以对获取的图像进行复原，具体规则满足步骤一中的四个条件；

所述第一无焦缩束镜组位于第一相位板的后端，第一偏振片的前端，对通过第一相位板的成像光束进行缩束，扩大系统的成像口径，提高分辨率；

所述第二无焦缩束镜组位于第二相位板的后端，第二偏振片的前端，对通过第二相位板的成像光束进行缩束，扩大系统的成像口径；

所述第一偏振片位于晶体线偏器的前方，第一无焦缩束镜组的后方，其允许通过的偏振方向应与后方晶体线偏器的e光偏振方向相同，滤除o光，减少光学系统中的杂光串扰，提高成像质量；并与后续晶体线偏器组合实现双通道成像光束的合束；

所述第二偏振片位于晶体线偏器的前方，第二无焦缩束镜组的后方，其允许通过的偏振方向应与后方晶体线偏器的o光偏振方向相同，滤除e光，减少光学系统中的杂光串扰，提高成像质量；并与后续晶体线偏器组合实现双通道成像光束的合束；

所述晶体线偏器位于第一偏振片和第二偏振片的后端，对通过第一偏振片和第二偏振片的光束进行合束，以使得后续的成像物镜能对两个通道的成像光束同时成像；传统晶体线偏器的用途为将一束光分成偏振方向正交的两束光，根据光路可逆原理，通过晶体线偏器将偏振方向正交的两束光合成一束光；

所述成像物镜位于晶体线偏器的后方，将通过晶体线偏器的成像光束会聚成像到像面上；

所述面阵光电探测器位于成像物镜后方，为CCD或CMO，其光敏面与成像物镜的像面重合，将光信号转换成电信号，传输至图像复原模块；

所述图像复原模块，用于从面阵光电探测器捕获图像中将两个光学通道的信息分别解算出来；所述图像复原模块具有计算存储终端和图像复原算法，所述图像复原算法采用传统压缩感知恢复算法对CCD或CMOS捕获的混合图像进行复原，先根据编码原理和步骤三所述的公式推导将问题转换到频域，在频域中使用压缩感知复原算法对图像进行复原。