关联成像系统和关联成像方法与流程

本申请涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种关联成像系统和关联成像方法。

背景技术：

鬼成像又称单像素成像或关联成像，通过关联算法或压缩感知等方法复原出物体的像。相比与传统成像方式，鬼成像具有高灵敏度、低成本等优势，可以应用于遥感、激光雷达、视频监控等领域。

传统的关联成像系统中，发射系统发出的光照射到目标物体上，通过接收系统采集接收经目标物体的反射信号。但是，传统的关联成像系统中，发射系统与接收系统通常处于离轴平行放置，即发射系统与接收系统的光路不在同一光轴。当发射系统与接收系统视场开始发生重叠时便可以测量到物体的回波信号。但是，传统的关联成像系统中，由于发射系统与接收系统的光路不在同一光轴，导致容易在距离目标物体较近位置处产生盲区，即无法测量到回波信号的区域。此时，通过传统的关联成像系统成像，会存在盲区，对目标物体的成像质量带来不好的影响。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统关联成像系统成像时存在盲区的问题，提供一种关联成像系统和关联成像方法。

本申请提供一种关联成像系统。所述关联成像系统包括光源模块、空间光调制模块、分束模块以及接收控制模块。所述光源模块用于发射激光光束。所述空间光调制模块用于对所述激光光束进行调制，形成调制激光光束。所述分束模块用于将所述调制激光光束进行分束，形成第一光束。所述第一光束照射至目标物体，并经所述目标物体反射形成物体反射光。所述物体反射光经所述分束模块分束后形成第三光束。所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块后的透射光。所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块后的反射光。所述接收控制模块用于通过调制信号对所述空间光调制模块进行控制，并对所述第三光束进行收集转换，以使所述接收控制模块基于所述第三光束与所述调制信号获得所述目标物体的图像。

在一个实施例中，所述调制激光光束经所述分束模块分束后还形成第二光束。所述关联成像系统还包括光束吸收模块。所述光束吸收模块用于吸收所述第二光束。所述第二光束为所述调制激光光束经所述分束模块后的反射光。

在一个实施例中，所述分束模块包括偏振分束器。所述光源模块用于发射p偏振激光光束。所述第一光束为所述调制p偏振激光光束经所述偏振分束器后的光。所述第三光束为所述物体反射光经所述偏振分束器后的光。

在一个实施例中，本申请提供一种关联成像系统。所述关联成像系统包括光源模块、空间光调制模块、分束模块以及接收控制模块。所述光源模块用于发射激光光束。所述空间光调制模块用于对所述激光光束进行调制，形成调制激光光束。所述分束模块用于将所述调制激光光束进行分束，形成第一光束。所述第一光束照射至目标物体，并经所述目标物体反射形成物体反射光。所述物体反射光经所述分束模块分束后形成第三光束。所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块后的反射光。所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块后的透射光。所述接收控制模块用于通过调制信号对所述空间光调制模块进行控制，并对所述第三光束进行收集转换，以使所述接收控制模块基于所述第三光束与所述调制信号获得所述目标物体的图像。

在一个实施例中，所述调制激光光束经所述分束模块分束后还形成第二光束。所述关联成像系统还包括光束吸收模块。所述光束吸收模块用于吸收所述第二光束。所述第二光束为所述调制激光光束经所述分束模块后的透射光。

在一个实施例中，所述分束模块包括偏振分束器。所述光源模块用于发射s偏振激光光束。所述第一光束为所述调制s偏振激光光束经所述偏振分束器后的光，所述第三光束为所述物体反射光经所述偏振分束器后的光。

在一个实施例中，所述接收控制模块包括探测器模块、信号处理控制模块以及控制模块。所述探测器模块用于对所述第三光束进行探测，并将所述第三光束转换为探测电信号。所述信号处理控制模块用于获取所述探测电信号，并控制所述控制模块发出调制信号。所述控制模块用于根据所述调制信号对所述空间光调制模块进行控制。所述信号处理控制模块根据所述调制信号与所述探测电信号进行计算，获得所述目标物体的图像。

在一个实施例中，所述关联成像系统还包括透镜模块。所述透镜模块设置于所述第一光束的光路上，用于对所述第一光束和所述物体反射光进行整形和准直处理。

在一个实施例中，所述关联成像系统还包括第一透镜模块与第二透镜模块。所述第一透镜模块用于将所述调制激光光束进行准直，经所述第一透镜模块准直后的所述调制激光光束经所述分束模块形成所述第一光束。所述第二透镜模块用于将所述第三光束汇聚至所述接收控制模块。

在一个实施例中，所述分束模块为分束棱镜或/和分光平片或/和偏振分束棱镜或/和格兰泰勒棱镜。

在一个实施例中，本申请提供一种关联成像方法，包括：

通过光源模块发射激光光束；

将所述激光光束经空间光调制模块，形成调制激光光束；

将所述调制激光光束经分束模块，形成第一光束；

将所述第一光束照射至目标物体，并经所述目标物体反射形成的物体反射光，经所述分束模块后形成第三光束；

通过接收控制模块对所述第三光束进行收集、转换以及计算，获得所述目标物体的图像；

其中，所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块后的透射光，所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块后的反射光；或者

所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块后的反射光，所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块后的透射光。

本申请提供一种上述关联成像系统和关联成像方法。通过所述分束模块可以将经所述空间光调制模块的所述调制激光光束进行分束。所述调制激光光束经所述分束模块分束后的透射光(即所述第一光束)照射到所述目标物体上。所述目标物体的反射光(即所述物体反射光)照射至所述分束模块。并经所述分束模块进行分束。所述物体反射光经所述分束模块分束后的反射光(即所述第三光束)，被所述接收控制模块进行收集、转换以及计算(关联运算或压缩感知算法等)，可以获得所述目标物体的图像。

所述调制激光光束和所述物体反射光均经过所述分束模块，且所述物体反射光经所述分束模块后，进入所述接收控制模块，用于对所述目标物体进行成像。此时，所述关联成像系统通过所述分束模块可以使得所述光源模块(发射系统)与所述接收控制模块(接收系统)形成收发同轴结构，即使得发射光路与接收光路同轴。进而，通过所述分束模块，可以使得所述光源模块(发射系统)的视场与所述接收控制模块(接收系统)的视场完全重合，不存在盲区。

此时，所述光源模块(发射系统)与所述接收控制模块(接收系统)视场完全重合，没有盲区的存在。当距离目标物体比较近时，由于没有盲区的存在，也不会受到距离远近的影响。从而，所述目标物体的反射光(即所述物体反射光)会被所述接收控制模块接收，更加精确地形成所述目标物体的像。

附图说明

图1为本申请提供的一个实施例中关联成像系统的结构示意图；

图2为本申请提供的一个实施例中关联成像系统的结构示意图；

图3为本申请提供的一个实施例中关联成像系统的结构示意图；

图4为本申请提供的一个实施例中关联成像系统的结构示意图；

图5为本申请提供的一个实施例中关联成像系统的结构示意图；

图6为本申请提供的一个实施例中关联成像系统的结构示意图。

附图标记说明

关联成像系统100、光源模块10、空间光调制模块20、分束模块30、透镜模块40、偏振分束器310、目标物体50、光束吸收模块60、接收控制模块70、探测器模块710、信号处理控制模块720、控制模块730、第一透镜模块80、第二透镜模块90。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请提供一种关联成像系统100。所述关联成像系统100包括光源模块10、空间光调制模块20、分束模块30以及接收控制模块70。所述光源模块10用于发射激光光束。所述空间光调制模块20用于对所述激光光束进行调制，形成调制激光光束。所述分束模块30用于将所述调制激光光束进行分束，形成第一光束。所述第一光束照射至目标物体50，并经所述目标物体50反射形成物体反射光。所述物体反射光经所述分束模块30分束后形成第三光束。所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的透射光。所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块30后的反射光。所述接收控制模块70用于通过调制信号对所述空间光调制模块20进行控制，并对所述第三光束进行收集转换，以使所述接收控制模块70基于所述第三光束与所述调制信号获得所述目标物体50的图像。

通过所述分束模块30可以将经所述空间光调制模块20的所述调制激光光束进行分束。所述调制激光光束经所述分束模块30分束后的透射光(即所述第一光束)照射到所述目标物体50上。所述目标物体50的反射光(即所述物体反射光)照射至所述分束模块30。并经所述分束模块30进行分束。所述物体反射光经所述分束模块30分束后的反射光(即所述第三光束)，被所述接收控制模块70进行收集、转换以及计算(关联运算或压缩感知算法等)，可以获得所述目标物体50的图像。

所述调制激光光束和所述物体反射光均经过所述分束模块30，且所述物体反射光经所述分束模块30后，进入所述接收控制模块70，用于对所述目标物体50进行成像。此时，所述关联成像系统100通过所述分束模块30可以使得所述光源模块10(发射系统)与所述接收控制模块70(接收系统)形成收发同轴结构，即使得发射光路与接收光路同轴。进而，通过所述分束模块30，可以使得所述光源模块10(发射系统)的视场与所述接收控制模块70(接收系统)的视场完全重合，不存在盲区。

此时，所述光源模块10(发射系统)与所述接收控制模块70(接收系统)视场完全重合，没有盲区的存在。当距离目标物体比较近时，由于没有盲区的存在，也不会受到距离远近的影响。从而，所述目标物体50的反射光(即所述物体反射光)会被所述接收控制模块70接收，更加精确地形成所述目标物体50的像。

在一个实施例中，所述调制激光光束经所述分束模块30分束后还形成第二光束。所述关联成像系统100还包括光束吸收模块60。所述光束吸收模块60用于吸收所述第二光束。所述第二光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的反射光。

所述调制激光光束经所述分束模块30分束后形成所述第一光束与第二光束。所述分束模块30可以为分束棱镜、分光平片或者彼此之间的任意组合形成的分束器件等，用于将所述调制激光光束和所述物体反射光进行分束。所述第一光束为照射至所述目标物体50的光(即所述调制激光光束经所述分束模块30后的透射光)，所述第二光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的反射光，为不需要的光。通过所述光束吸收模块60将不需要的光进行吸收，以避免所述第二光束在所述目标物体50的成像过程中造成影响。

在一个实施例中，所述光束吸收模块60为光束终止器，用于对不需要的光进行吸收。具体地，所述光束吸收模块还可以为吸收性能良好的黑色金属材料或者光吸收器件等。

在一个实施例中，所述接收控制模块70包括探测器模块710、信号处理控制模块720以及控制模块730。所述探测器模块710用于对所述第三光束进行探测，并将所述第三光束转换为探测电信号。所述信号处理控制模块720用于获取所述探测电信号，并控制所述控制模块730发出调制信号。所述控制模块730用于根据所述调制信号对所述空间光调制模块20进行控制。所述信号处理控制模块720根据所述调制信号与所述探测电信号进行计算，获得所述目标物体50的图像。

所述空间光调制模块20代替传统成像方案中的探测器阵列，对所述激光光束进行调制，形成调制激光光束。具体地，所述空间光调制模块20可以为数字微镜器件(digitalmicromirrordevice，dmd)、声光偏转器(acoustoopticaldeflectors，aod)或者超材料(可以是光操纵超材料)等。所述探测器模块710对所述第三光束进行探测，并将所述第三光束的光信号转换为所述探测电信号，传输至所述信号处理控制模块720。具体地，所述探测器模块710可以为没有空间分辨能力的单像素探测器或桶探测器等。

所述信号处理控制模块720获取所述探测电信号，并控制所述控制模块730发出调制信号。所述控制模块730根据所述调制信号对所述空间光调制模块20进行控制，进而实现对所述激光光束的调制，形成所述调制激光光束。所述信号处理控制模块720根据所述调制信号与所述探测电信号进行计算(如关联运算或压缩感知算法等)，获得所述目标物体50的图像。具体地，所述信号处理控制模块720与所述控制模块730可以为微控制单元或计算机等，用于对所述空间光调制模块20进行控制以及对探测数据进行数据处理运算等。

在一个实施例中，所述关联成像系统100还包括透镜模块40。所述透镜模块40设置于所述第一光束的光路上，用于对所述第一光束和所述物体反射光进行整形和准直处理。

所述透镜模块40可以为镜头组件、单一孔径的单透镜、透镜组、多个柱面镜组成或者多个球面镜组成等。由于所述第一光束和所述物体反射光比较发散，所以通过所述透镜模块40进行空间整形，实现高效准直整形的作用。从而，所述透镜模块40将经所述分束模块30后的所述调制激光光束(即所述第一光束)投影至所述目标物体50上。同时，通过所述透镜模块40将所述目标物体50反射形成的所述物体反射光，投影至所述分束模块30。并经所述分束模块30形成所述第三光束，至所述探测器模块710。

请参见图2，在一个实施例中，所述分束模块30包括偏振分束器310。所述光源模块10用于发射p偏振激光光束。所述第一光束为所述调制p偏振激光光束经所述偏振分束器310后的光。所述第三光束为所述物体反射光经所述偏振分束器310后的光。

本实施例中，所述光源模块10用于发射p偏振激光光束。当所述p偏振激光光束经所述偏振分束器310后，只存在p偏振状态的光。并且，当所述物体反射光经所述偏振分束器310后形成的所述第三光束，只存在s偏振状态的光。此时，通过所述偏振分束器310与所述p偏振激光光束可以避免形成不需要的光。从而，不需要通过所述光束吸收模块60吸收所述第二光束，简化了所述关联成像系统100的整体结构，更有利于集成产品，且节约了成本。

请参见图3，在一个实施例中，本申请提供一种关联成像系统100。所述关联成像系统100包括光源模块10、空间光调制模块20、分束模块30以及接收控制模块70。所述光源模块10用于发射激光光束。所述空间光调制模块20用于对所述激光光束进行调制，形成调制激光光束。所述分束模块30用于将所述调制激光光束进行分束，形成第一光束。所述第一光束照射至目标物体50，并经所述目标物体50反射形成物体反射光。所述物体反射光经所述分束模块30分束后形成第三光束。所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的反射光。所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块30后的透射光。所述接收控制模块70用于通过调制信号对所述空间光调制模块20进行控制，并对所述第三光束进行收集转换，以使所述接收控制模块70基于所述第三光束与所述调制信号获得所述目标物体50的图像。

通过所述分束模块30可以将经所述空间光调制模块20的所述调制激光光束进行分束。所述调制激光光束经所述分束模块30分束后的反射光(即所述第一光束)照射到所述目标物体50上。所述目标物体50的反射光(即所述物体反射光)照射至所述分束模块30。并经所述分束模块30进行分束。所述物体反射光经所述分束模块30分束后的透射光(即所述第三光束)，被所述接收控制模块70进行收集、转换以及计算(关联运算或压缩感知算法等)，可以获得所述目标物体50的图像。

所述调制激光光束和所述物体反射光均经过所述分束模块30，且所述物体反射光经所述分束模块30后，进入所述接收控制模块70，用于对所述目标物体50进行成像。此时，所述关联成像系统100通过所述分束模块30可以使得所述光源模块10(发射系统)与所述接收控制模块70(接收系统)形成收发同轴结构，即使得发射光路与接收光路同轴。进而，通过所述分束模块30，可以使得所述光源模块10(发射系统)的视场与所述接收控制模块70(接收系统)的视场完全重合。当所述光源模块10(发射系统)与所述接收控制模块70(接收系统)距离所述目标物体50比较近时，也不会产生盲区，不会受到距离远近的影响。从而，所述目标物体50的反射光(即所述物体反射光)会被所述接收控制模块70接收，更加精确地形成所述目标物体50的像。

在一个实施例中，所述调制激光光束经所述分束模块30分束后还形成第二光束。所述关联成像系统100还包括光束吸收模块60。所述光束吸收模块60用于吸收所述第二光束。所述第二光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的透射光。

所述调制激光光束经所述分束模块30分束后形成所述第一光束与所述第二光束。所述物体反射光经所述分束模块30分束后形成所述第三光束。

本实施例中，所述分束模块30可以为分束棱镜、分光平片或者彼此之间的任意组合形成的分束器件等，用于将所述调制激光光束和所述物体反射光进行分束。所述第一光束为照射至所述目标物体50的光(即所述调制激光光束经所述分束模块30后的反射光)，所述第二光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的透射光，为不需要的光。所述第三光束为被所述接收控制模块70接收的光(即所述物体反射光经所述分束模块30后的透射光)。通过所述光束吸收模块60将不需要的光进行吸收，以避免所述第二光束在所述目标物体50的成像过程中造成影响。

请参见图4，在一个实施例中，所述分束模块30包括偏振分束器310。所述光源模块10用于发射s偏振激光光束。所述第一光束为所述调制s偏振激光光束经所述偏振分束器310后的光，所述第三光束为所述物体反射光经所述偏振分束器310后的光。

本实施例中，所述偏振分束器310可以为偏振分束棱镜或格兰泰勒棱镜或者彼此之间的任意组合形成的偏振分束器件等。所述光源模块10用于发射s偏振激光光束。当所述s偏振激光光束经所述偏振分束器310后，只存在p偏振状态的光。并且，当所述物体反射光经所述偏振分束器310后形成的所述第三光束，也只存在s偏振状态的光。此时，通过所述偏振分束器310与所述s偏振激光光束可以避免形成不需要的光。从而，不需要通过所述光束吸收模块60吸收所述第二光束，简化了所述关联成像系统100的整体结构，更有利于集成产品，且节约了成本。

请参见图5-6，在一个实施例中，所述关联成像系统100还包括第一透镜模块80与第二透镜模块90。所述第一透镜模块80用于将所述调制激光光束进行准直，经所述第一透镜模块80准直后的所述调制激光光束经所述分束模块30形成所述第一光束。所述第二透镜模块90用于将所述第三光束汇聚至所述接收控制模块70。

本实施例中，所述第一透镜模块80与所述第二透镜模块90可以为镜头组件、单一孔径的单透镜、透镜组、多个柱面镜组成或者多个球面镜组成等。通过所述第一透镜模块80，可以将所述调制激光光束投影至所述分束模块30，再经所述分束模块30形成所述第一光束后投影至所述目标物体50。通过所述第二透镜模块90，可以将所述第三光束汇聚至所述接收控制模块70的所述所述探测器模块710。从而，实现对所述第三光束进行探测。

在一个实施例中，所述分束模块为分束棱镜或/和分光平片或/和偏振分束棱镜或/和格兰泰勒棱镜。本实施例中，通过分束棱镜或/和分光平片或/和偏振分束棱镜或/和格兰泰勒棱镜等光学器件之间的任意组合，构成所述分束模块，以实现分束作用。

在一个实施例中，本申请提供一种关联成像方法，包括：

通过光源模块10发射激光光束；

将所述激光光束经空间光调制模块20，形成调制激光光束；

将所述调制激光光束经分束模块30，形成第一光束；

将所述第一光束照射至目标物体50，并经所述目标物体50反射形成的物体反射光，经所述分束模块30后形成第三光束；

通过接收控制模块70对所述第三光束进行收集、转换以及计算，获得所述目标物体50的图像；

其中，所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的透射光，所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块30后的反射光；或者

所述第一光束为所述调制激光光束经所述分束模块30后的反射光，所述第三光束为所述物体反射光经所述分束模块30后的透射光。

通过所述分束模块30可以将所述调制激光光束进行分束，形成所述第一光束照射到所述目标物体50上。所述物体反射光照射至所述分束模块30，并经所述分束模块30进行分束，形成所述第三光束，被所述接收控制模块70进行收集、转换以及计算，获得所述目标物体50的图像。

所述光源模块10发射的所述激光光束和所述物体反射光，均经过所述分束模块30，且所述物体反射光经所述分束模块30后，进入所述接收控制模块70。此时，通过所述关联成像方法可以使得发射光路与接收光路同轴。进而，使得所述光源模块10(发射系统)的视场与所述接收控制模块70(接收系统)的视场完全重合，不存在盲区。

此时，所述光源模块10(发射系统)与所述接收控制模块70(接收系统)视场完全重合，没有盲区的存在。当距离目标物体比较近时，由于没有盲区的存在，也不会受到距离远近的影响。从而，所述物体反射光被所述接收控制模块70接收，更加精确地形成所述目标物体50的像。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。