[发明专利]基于稀疏表示的随机散射光学成像系统及成像方法

摘要

本发明公开了一种基于稀疏表示的随机散射光学成像系统及成像方法。成像系统包括光源(1)、空间滤波器(2)、孔径光阑(3)、准直透镜(4)、反射镜(5)、空间光调制器(6)、随机散射介质(7)、透镜(8)、探测器阵列(9)和主控机(10)。光源发出的光线经空间滤波器、孔径光阑及准直透镜后通过反射镜进入空间光调制器；主控计算机在空间光调制器上加载成像目标，使从空间光调制器出射携带目标信息的光线经随机散射介质和透镜后在探测器阵列上形成编码散斑场图像传至主控机；主控机对编码散斑场图像进行解码重建并去除背景噪声，获得目标图像。本发明结构简单、实时性好、抗噪性强，可用于实验室对噪声环境中的随机散射高速成像。

主权项

一种基于稀疏表示的随机散射光学成像系统，包括光源(1)、空间滤波器(2)、孔径光阑(3)、准直透镜(4)、反射镜(5)、空间光调制器(6)、随机散射介质(7)、透镜(8)、探测器阵列(9)和主控机(10)；光源(1)发出的光依次经过空间滤波器(2)、孔径光阑(3)和准直透镜(4)后被扩束准直；扩束准直后的激光光束照射到反射镜(5)上经反射进入空间光调制器(6)，经过随机散射介质(7)和透镜(8)后在探测器阵列(9)上成像，并通过主控机(10)显示，主控机(10)，包括图像生成模块(101)和图像处理模块(102)；该图像生成模块(101)，其与空间光调制器(6)相连，用于生成图像并将该图像加载到空间光调制器上形成成像目标，使从空间光调制器(6)输出携带有目标信息的光线经过随机散射介质(7)和透镜(8)，在探测器阵列(9)上形成编码后的散斑场图像；该图像处理模块(102)，其与探测器阵列(9)连接，用于将探测器阵列(9)输出的编码散斑场图像解码重建，得到去除了背景噪声的清晰的目标图像；其特征在于：所述图像处理模块(102)包括：测量子模块，用于测量随机散射介质(7)的传输矩阵A；降采样子模块，用于对探测器阵列接收到的编码散斑场图像进行降采样，得到降采样后的散斑场图像：y'＝DAx+Dn＝DAΦs+Dn，其中，x为空间光调制器上加载的目标图像，D为降采样矩阵，A为随机散射介质的传输矩阵，Φ为投影基矩阵，s为原目标x在投影基矩阵下的系数，n为成像过程中引入的背景噪声，y'的维度为N：N＝length(y')；系数求解子模块，用于求解编码散斑场图像在投影基矩阵Φ下的初始变换系数：s0＝(DAΦ)T·y'，其中(·)T表示矩阵的转置操作；解码重建子模块，用于将随机散射介质的传输矩阵A、降采样后的散斑场图像y'、降采样矩阵D及维度N作为初始参量，利用正交匹配追踪算法解码重构出目标图像同时去除成像过程中引入的部分背景噪声。