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专利号: 2019105433399
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用迭代相位检索算法实现高质量重建的单像素相关成像,其特征在于,按照以下步骤实施:步骤1:基于具有一定阶次的哈达玛矩阵,预先生成了一系列强度模式,并采用迭代相位检索算法将每个强度模式分解为一对有噪声的相位轮廓;

步骤2:在成像过程中,对激光束进行准直照明,每对相位剖面依次嵌入两个纯相位空间光调制器;通过第一纯相位平面的自由空间传播场通过使用菲涅耳衍射进行,通过第二纯相位平面的自由空间传播场也是类似的;测量的强度Bi由位于物体后方的不需要空间分辨率的桶探测器记录;

步骤3:为了重建图像,桶探测器记录的测量强度将与使用相同的级联基础设施生成并计算的一系列强度模式相互关联;

步骤4:计算出的参考强度模式与测量到的强度相关联,利用相关函数对目标进行解密。

2.根据权利要求1所述的利用迭代相位检索算法实现高质量重建的单像素相关成像,其特征在于,所述的步骤1中,具体过程是:假设K是图案的总数,一系列强度模式Ii(μ,ν)[i=1,2,3,...,K]是预先生成具有一定阶次的Hadamard矩阵,并采用迭代相位检索算法将每个强度模式分解为一对有噪声的相位轮廓αi(x,y)和βi(ξ,η),其中(x,y)和(ξ,η)分别表示坐标两个阶段的平面,

2阶的基本块通常用于构建任意阶的哈达玛矩阵,其在数学上被定义为:然后,使用以下递归公式获得具有2k的Hadamard矩阵:任何顺序的Hadamard矩阵都是正方形和对称的,其中每个元素等于+1或-1;假设要成像的对象的大小是M×N像素,其满足条件M×N=2k;用公式(1)和公式(2)计算具有阶数2k的Hadamard矩阵之后,在行向量之间应用随机置换,并且在每个行向量中具有-1的元素被设置为0;然后,第i行向量被重新排列成二维强度模式Ii(μ,ν)具有M×N像素;因此,产生总共

2k个强度图案,其完全或部分地用于单像素相关成像的过程中,为了获得相应的相位轮廓αi(x,y)和βi(ξ,η),采用一种迭代的相位恢复算法,具体过程如下:

1.1)将两个纯相位掩模exp(jαi(x,y))和exp(jβi(ξ,η))生成M×N个像素,其中两个初始相位轮廓在[0,2π]范围内随机分布;在随后的迭代步骤中,通过将强度模式视为幅度约束来更新这些相位轮廓;

1.2)在第n轮中,第一相位平面和第二相位平面之间的波前向传播,表达式为:其中,d1表示两个相位平面之间的轴向距离;

1.3)在第二相位平面和物平面之间向前传播,表达式为:其中,d2表示第二相位平面和物平面之间的轴向距离;

1.4)应用强度模式Ii(μ,ν)为振幅约束来更新复值波Vi(n)(μ,ν),然后向后传播,表达式为:其中,FWPλ,-d表示自由空间反向传播,|.|表示模数运算;

1.5)在获得波前帮助下,更新纯相位掩模 在第二阶段唯一的平面上,表达式为:

(n)

1.6)更新复值波Wi (ξ,η)然后执行波后向传播,表达式为:

1.7)将第一个纯相位平面中的纯相位掩模更新,表达式为:

1.8)估计对象幅度之间的相关系数CC,|Vi(n)(μ,ν)|2和预先生成的模式Ii(μ,ν)计算为收敛标准,以确定迭代过程是否停止,表达式为:其中,E[.]表示期望值运算符;将非常接近1的实数值设置为相关系数的阈值;

1.9)重复上述步骤1.2)-步骤1.8),直到CC值达到预定阈值;一旦迭代过程结束时,最后更新的结果 和 将被视为两个分解的相位轮廓。

3.根据权利要求1所述的利用迭代相位检索算法实现高质量重建的单像素相关成像,其特征在于,所述的步骤2中,具体过程是:在成像过程中,对激光束进行准直照明,每对相位剖面依次嵌入两个纯相位空间光调制器;波是由两个纯相位掩模exp(jαi(x,y))和exp(jβi(ξ,η)), 得到的散斑图案穿过物体;测量的强度Bi由位于物体后方的不需要空间分辨率的桶探测器记录,其数学表达式为:其中,T(μ,ν)是物体的传递函数,(μ,ν)为目标平面的截线坐标,FWPλ,d表示自由空间波的传播,λ是光波长,d是轴向距离;

通过第一相位平面的自由空间传播场使用菲涅耳衍射进行,表达式为:其中,*表示卷积计算,h(x,y,d1)是菲涅耳传播的点脉冲函数,定义为:类似地,通过第二个相位平面的自由空间传播场表达式为:

对应的点脉冲函数表示为:

4.根据权利要求1所述的利用迭代相位检索算法实现高质量重建的单像素相关成像,其特征在于,所述的步骤3中,具体过程是:为了重建图像,由桶探测器记录的测量强度将与表示为的一系列强度模式I′i(μ,ν)[i=1 ,2 ,3 ,...,K]互相关联,使用相同的级联基础设施生成并计算为

5.根据权利要求1所述的利用迭代相位检索算法实现高质量重建的单像素相关成像,其特征在于,所述的步骤4中,具体过程是:参考强度模式Ii(μ,ν)与测量到的强度Bi相关联,利用相关函数对目标进行解密,该相关函数的表达式为: