[发明专利]基于参考光路总强度排序的鬼成像优化方法

说明书

本发明涉及鬼成像探测数据的优化，具体为基于参考光路总强度排序的鬼成像优化方法，其利用散斑图案的统计特性和总强度，根据散斑图案总强度对原始散斑序列进行排序。通过筛选器将新的散斑序列划分为子集，以进一步分析散斑数据各部分的有效特性。数值仿真结果表明:总采样次数为3000次、划分比例为2:1:2时，所提方法与桶探测器值排序方法相比，对比度/均方误差均有所提升，验证了0.85采样率筛选散斑的有效性性。同时，对于“知”目标图像，相同比例下本文方法在对比度和均方误差方面相较传统排序方法均有所提升。因此，本所提方法可推广于目前所有的关联算法。并且还提出了一种联合筛选方法，为今后进一步研究奠定了基础。

技术领域

本发明涉及鬼成像散斑图案的筛选，具体为基于参考光路总强度排序的鬼成像优化方法。

背景技术

鬼成像作为一种新颖的光学成像方式，由于其具有独特的反直觉特性可实现对未知目标物体的间接重构，从而引起了相关学者的高度关注。相比于传统的CCD成像方式，鬼成像主要是通过对参考光路的散斑图案与物体光路所透射(或反射)的总光强值进行关联运算，以获得目标物体的重构鬼像，在夜间城市安防、超低辐射CT医学影像等受限于阵列式响应极限无法直接利用CCD进行探测的领域具有重要的应用价值。实际上，鬼成像的基本原理是：利用具有差异特性的序列散斑图案与物体所透射(或反射)的总光强值来实现对目标物体各像素点信息的反演，且随着序列散斑图案的数量增加鬼像的重构效果越好。然而，当通过增大散斑图案数量来提升重构效果时，势必会涉及到大量数据间的测量和运算，这使得成像时间大幅增加，严重制约了鬼成像的实用化进程。

为了减少鬼成像探测系统中测量次数和运算时间，近年来有研究学者提出通过减小散斑图案间冗余来提升鬼像质量，如利用正交化散斑图案(如Hadamard等)对目标物体进行照射，进而获得关联鬼像，该方法可在全采样情况下实现对目标物体的完全重构，但随着测量数据的减少鬼像会出现严重失真，即无法在欠采样情况下获得高质量鬼像；课题组人员针对欠采样情况下鬼像质量差的问题，提出了基于正交化正弦散斑图案的鬼成像优化方法。然而，在实际探测过程中，由于受探测空间、环境及超低辐射调制器等的限制或影响，散斑图案常常是随机的而非正交的，这使得上述基于正交思想的鬼成像质量提升方法并无法直接应用于非正交环境。因此，如何减小参与关联的随机散斑图案数量、提升鬼像质量成为目前研究的重点。而在研究中发现，将相邻散斑图进行叠加可有效降低数据间冗余，并提出了基于多散斑图案组合-调制的鬼成像优化方法。该方法主要是通过将多个散斑图案进行排序和组合的方式来提高散斑图案间差异显著性，从而降低散斑图案间的冗余度，并利用桶探测器值的调制来实现鬼像质量的提升。

实质上，在鬼成像探测过程中各散斑图案对鬼成像结果的影响是不同的，如果采用传统的成像方式，将所有数据都参与运算而不区分这些散斑图案对成像效果的影响程度，势必会抑制鬼像质量的提升。因此，有研究学者提出在进行关联成像前对测量数据进行合理筛选，如吴令安等以桶探测器值的均值为筛选依据，通过删除均值附近的测量数据来减少大冗余数据对成像结果的影响程度，从而降低参与运算的数据量。该方法说明依据桶探测器值均值筛选后的散斑图案间的差异性更大。理论上来说，在利用散斑图案照射目标物体时，物体的平均透射(或反射)率可看作一个衰减系数，即桶探测器值为散斑图案与物体平均透射(或反射)率乘积。然而，目标物体各点透射(或反射)率是不同的，这使得在利用大差异散斑图案照射目标物体时，可能会存在桶探测器值相同或差异不大的情况存在。如果不区分散斑图案间差异，直接依据桶探测器值进行数据的筛选，势必会造成大差异散斑图案的删除，这与鬼成像中要求的大差异散斑图案的需求是相悖的。此外，由于目标物体的平均透射(或反射)率小于1，所以桶探测器值总光强值的变化量相当于散斑图案总光强值变化量的衰减，两者变化量如图1所示。可见，依据散斑图案进行数据的筛选较桶探测器值更具优势。

发明内容