一种基于关联成像的微小目标检测装置及方法与流程

本发明涉及随机光信号探测目标领域，特别是涉及一种基于关联成像的微小目标检测装置及方法。

背景技术：

随机光源是一种随时间变化的光信号，没有具体的函数表达式，但是其统计特征却能呈现出具体的分布，关联成像近些年来新兴的一种成像技术，利用了随机光源的统计特性进行目标的重构，将随机光源一分为二，一部分照射目标后被探测，而另一部分自由传输后被探测，通过两路信号的关联计算便可以恢复出目标的具体分布，该成像方式具有非定域性等特点。同时，由于成像方式是通过关联计算，相对于传统成像而言，在突破孔径限制的超分辨，微弱光情况下成像以及抗信道干扰方面显示出极大的优势，因此关联成像在遥感、雷达和医学等领域有着潜在的应用价值。

在医学领域，观测微小目标一直存在着分辨率限制的难题，同时生物组织本身也是一种强干扰信道，对分辨率也会存在一定的影响。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是提供一种基于关联成像的微小目标检测装置及方法，能够实现生物医学上微小目标的成像，其实现结构简单，制造成本低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于关联成像的微小目标检测装置，包括：

激光源，用于输出基模高斯光束；

准直扩束镜，设置在所述激光源的出射光路上，用于对所述基模高斯光束进行准直扩束；

高速光场调制器，设置在所述准直扩束镜的出射光路上，用于对准直扩束后的光束进行高速随机调制产生赝热光源；

分束镜，与所述高速光场调制器连接，用于对所述赝热光源进行分光，得到第一分束光和第二分束光；

缩束系统，设置在所述分束镜的第一出射光路上，用于对所述第一分束光进行缩束；

光电探测器，用于探测缩束后的光束照射到目标物体上的含目标信息的光场总强度；

ccd探测器，设置在所述分束镜的第二出射光路上，用于探测所述第二分束光的光源空间强度；

关联计算模块，分别与所述ccd探测器以及所述光电探测器连接，用于对所述含目标信息的光场总强度以及所述光源空间强度进行关联计算，得到目标物体的空间分布。

可选地，还包括：

计算机，分别与所述高速光场调制器、所述ccd探测器、所述光电探测器以及所述关联计算模块连接，用于控制所述高速光场调制器对准直扩束后的光束进行随机调制，以及用于控制所述ccd探测器、所述光电探测器以及所述关联计算模块的同步。

本发明还提供了一种应用于上述基于关联成像的微小目标检测装置的检测方法，包括：

通过准直扩束镜对激光源输出的基模高斯光束光束进行准直扩束；

通过由计算机控制的高速光场调制器对准直扩束后的光束进行随机调制，得到赝热光源；

将所述赝热光源分为相同的两部分，为第一分束光和第二分束光；

所述第一分束光经过缩束后照射目标物体被探测，获得含目标信息的光场总强度；

所述第二分束光自由传输后被ccd探测器探测，得到光源空间强度；

对所述含目标信息的光场总强度以及所述光源空间强度进行关联计算，得到目标物体的空间分布。

可选地，关联计算的公式如下：

其中，t表示恢复目标的强度分布，i表示第i个样本，n表示总的采样次数，yi表示含目标信息的光场强度，ii表示光源空间强度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1)通过对光源进行随机调制产生随机光源，原理简单，容易实现；

2)装置结构简单，易于调整，制造成本低；

3)不需要借助其他特殊的光学元件，装置稳定性好；

4)可以实现超分辨成像，同时抗击信道干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于关联成像的微小目标检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例基于关联成像的微小目标检测方法的流程图。

符号说明：1-激光源、2-准直扩束镜、3-高速光场调制器、4-分束镜、5-缩束系统、6-目标物体、7-光电探测器、8-ccd探测器、9-关联计算模块、10-计算机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于关联成像的微小目标检测装置及方法，能够实现生物医学上微小目标的成像，其实现结构简单，制造成本低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提出一种基于关联成像的微小目标探测装置及方法，对于微小目标而言，首先将物臂赝光源本身进行缩束，光源通过缩束系统后照射目标，通过关联计算获取目标的具体信息。缩束系统可以起到缩小光斑的作用，根据目标大小选择合适缩束比，以实现对不同目标的探测，同时还能一定程度上抗干扰。

如图1所示，一种基于关联成像的微小目标检测装置包括：

激光源1，用于输出基模高斯光束。

准直扩束镜2，设置在所述激光源1的出射光路上，用于对所述基模高斯光束进行准直扩束。

高速光场调制器2，设置在所述准直扩束镜2的出射光路上，用于对准直扩束后的光束进行高速随机调制产生赝热光源。

分束镜4，与所述高速光场调制器3连接，用于对所述赝热光源进行分光，得到第一分束光和第二分束光。

缩束系统5，设置在所述分束镜4的第一出射光路上，用于对所述第一分束光进行缩束。

光电探测器7，用于探测缩束后的光束照射到目标物体6上的含目标信息的光场总强度。

ccd探测器8，设置在所述分束镜4的第二出射光路上，用于探测所述第二分束光的光源空间强度。

关联计算模块9，分别与所述ccd探测器8以及所述光电探测器7连接，用于对所述含目标信息的光场总强度以及所述光源空间强度进行关联计算，得到目标物体的空间分布。

计算机10，分别与所述高速光场调制器3、所述ccd探测器8、所述光电探测器7以及所述关联计算模块9连接，用于控制所述高速光场调制器3对准直扩束后的光束进行随机调制，以及用于控制所述ccd探测器8、所述光电探测器7以及所述关联计算模块9的同步。

如图2所示，本发明还提供了一种应用于上述基于关联成像的微小目标检测装置的检测方法，包括：

s1：通过准直扩束镜对激光源输出的基模高斯光束光束进行准直扩束，提升光束质量。

s2：通过由计算机控制的高速光场调制器对准直扩束后的光束进行随机调制，得到赝热光源。

s3：将所述赝热光源分为相同的两部分，为第一分束光和第二分束光。

s4：所述第一分束光经过缩束后照射目标物体被探测，获得含目标信息的光场总强度。

s5：所述第二分束光自由传输后被ccd探测器探测，得到光源空间强度。

s6：对所述含目标信息的光场总强度以及所述光源空间强度进行关联计算，得到目标物体的空间分布。

物臂端由光电探测器7得到信号，该信号为单个数值，记为yi，而在参考臂需要ccd探测器8探测光源传输后的空间分布，记为ii，最终目标物体空间分布信息可以由关联计算得到：其中，t表示恢复目标的强度分布，i表示第i个样本，n表示总的采样次数。关联计算算法优化可以采用改进的压缩感知算法，在原有压缩感知算法的基础上，对光电探测器数据y减去一个常数c，然后将减后的数据集y'＝y-c作为新的物光数据进行计算：tmgisc＝t'＝ψ·α，同时使得最小，其中ψ表示稀疏基础上的变换矩阵，α表示稀疏系数，τ是一个非负数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。