CN107102435A - 一种基于散射光重构的光学成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于散射光重构的光学成像方法，具体包括：被观测目标的不同位置经过墙体漫反射；漫反射后的反射光通过不同的路径依次经过共轭成像镜；然后再穿过微孔，在面探测器上呈现所述被观测目标倒置的像，实现绕墙非视域成像；其中，所述共轭成像镜、微孔和面探测器组成成像***；所述墙体为所述被观测目标和成像***之间的漫反射信息转换载体；所述被观测目标与所述成像***之间被障碍物隔断，该障碍物为可见光波不可穿透的实体物质。该成像方法相比主动探测非视域成像方式，具有体积小、便携和成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种基于散射光重构的光学成像方法。
背景技术
在城市街道环境或建筑物内，人的视域受限于墙壁或其它建筑物等遮挡，传统的成像技术和设备难以实现对视域之外的目标场景成像，如果能够绕过拐角或障碍物的遮挡对目标物进行成像，实现视域外的目标定位，则能减少诸如现代城镇巷战的人员伤亡，提升部队的战场感知能力和作战效率。为此国外已针对性地开发出多种特种装备，如穿墙雷达是利用超宽带雷达波穿透力强的特性实现穿墙探测的技术，雷达波经目标反射再次穿过墙体后由接收天线接收，该***还利用低速移动物体的微多普勒特征，探测出目标的生命体征，对墙后处于原地静止、原地体动、切向运动及径向运动等状态的人体目标都具有很好的探测能力，但该技术的不足之处是目标信息仅能以光点的形式出现在显示屏上，无法反应出目标的外形尺寸、形状及目标性质等细节信息。
非视域目标激光成像已成为公安、反恐、军事侦查领域的关注方向，墙壁、建筑拐角的遮挡使我们无法看到目标，也无法用传统的成像方法探测到目标，因此迫切需要发展新的探测技术来对非视域场景进行探测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于散射光重构的光学成像方法，该成像方法相比主动探测非视域成像方式，具有体积小、便携和成本低的优点。
一种基于散射光重构的光学成像方法，所述方法包括：
被观测目标的不同位置经过墙体漫反射；
漫反射后的反射光通过不同的路径依次经过共轭成像镜；
然后再穿过微孔，在面探测器上呈现所述被观测目标倒置的像，实现绕墙非视域成像；
其中，所述共轭成像镜、微孔和面探测器组成成像***；
所述墙体为所述被观测目标和成像***之间的漫反射信息转换载体；
所述被观测目标与所述成像***之间被障碍物隔断，该障碍物为可见光波不可穿透的实体物质。
所述被观测目标采用两个分离的点光源模拟。
当两个分离的点光源通过所述墙体的同一点散射后，利用所述微孔过滤其他位置处的杂散光，在所述面探测器上将所述两个分离的点光源分辨出来。
所述方法还包括：
增加所述成像***的个数，实现多维阵列分布，对同一观测点进行信号采集，利用不同角度的成像***获取不同的散射场分布，通过增加的非冗余信息提高有效观测视场和成像分辨率。
所述方法还包括：
增加所述成像***的个数，且每个成像***的观测点不一致，通过采集多个点的信息来获得目标场的三维空间信息。
所述非视域成像的分辨率由微孔大小决定。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，该成像方法可实现绕墙成像，在特殊场合通过“拐弯”成像可实现一般成像设备无法达到的成像功能，特别在刑侦、反恐、维稳等领域应用有巨大前景；同时成像***简单，相比主动探测非视域成像方式，***具有体积小、便携和成本低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所述基于散射光重构的光学成像方法的整体光路示意图；
图2为本发明实施例所述朗伯表面散射能量分布示意图；
图3为本发明实施例所述小孔成像的原理示意图；
图4为本发明实施例所述光线筛选后的显示示意图；
图5为本发明实施例所述多成像***的示意图；
图6为本发明实施例所述多成像***的另一示意图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所述基于散射光重构的光学成像方法的整体光路示意图，图中包括被观测目标、墙体、成像***和障碍物，其中：
共轭成像镜、微孔和面探测器组成成像***；
所述墙体为所述被观测目标和成像***之间的漫反射信息转换载体；
所述被观测目标与所述成像***之间被障碍物隔断，该障碍物为可见光波不可穿透的实体物质；
在该实施例中，被观测目标采用两个分离的点光源模拟，具体实现中也可采用多个点光源，具体的光路过程为：
首先，被观测目标的不同位置经过墙体漫反射；
漫反射后的反射光通过不同的路径依次经过共轭成像镜；
然后再穿过微孔，在面探测器上呈现所述被观测目标倒置的像，实现绕墙非视域成像。具体实现中，该非视域成像的分辨率由微孔大小决定。
上述成像过程结合了小孔成像原理和散射场分布，下面对其原理和过程进行详细描述：
首先根据漫反射目标双向散射分布函数BSDF的散射特性可知，非朗伯体表面不同散射方向的强度分布不均匀，散射光不同角度的能量分布符合以下公式：
其中，为镜面反射方向的单位向量在表面上的投影，为散射方向的单位向量在表面上的投影，其差的绝对值为BSDF的变量，ABg为常量，由不同材料表面特性决定。
如图2所示为本发明实施例所述朗伯表面散射能量分布示意图，粗实线为朗伯体表面，粗虚线为入射光，细虚线为散射光，细实线为能量分布曲线。当两个分离的点光源通过所述墙体的同一点散射后，主瓣的方向性受入射方向决定，这样就可以利用所述微孔过滤其他位置处的杂散光，在所述面探测器上将所述两个分离的点光源分辨出来。
如图3所示为本发明实施例所述小孔成像的原理示意图，根据光的直线传播，目标不同位置通过不同的路径穿过微孔，在面探测器上出现目标倒置的像，成像分辨率由微孔大小决定。
下面以具体的实例对上述成像过程进行描述：
这里将实体小孔共轭成像在朗伯体表面的方式，其实等效为一个视场光阑，经过小孔的光线都是来自于朗伯体同一点的散射光，不同方向的能量携带着空间不同位置的发光源信息，经过软件仿真，可得到光线传播的规律和探测器的能量分布；
然后再输入具体的参数，包括：两个分离的点光源的间距60mm，目标大小1mm，目标离墙体中心点的垂直距离200mm，墙体的散射分布按照ABg模型设定，其中B＝0.001，g＝0.8，追记光线数10000条，使用重点采样提高通过小孔的光线数，光线筛选后显示如图4所示。
经过仿真分析，小孔的光线选择效果理想，到达面探测器的光线都是经过墙体同一点的散射光，满足散射小孔成像的基本条件，由仿真结果可知：空间两点的强度分布可清晰分辨，实现了绕墙非视域成像。
进一步的，还可以增加所述成像***的个数，实现多维阵列分布，如图5所示为本发明实施例所述多成像***的示意图，图5中：多个成像***对同一观测点(xyz(0，0，0))进行信号采集，利用不同角度的成像***获取不同的散射场分布，通过增加的非冗余信息提高有效观测视场和成像分辨率。
另外，也可以增加所述成像***的个数，而每个成像***的观测点不一致，如图6所示为本发明实施例所述多成像***的另一示意图，图6中：多个成像***采集不同点的信息，通过采集多个点的信息来获得目标场的三维空间信息，该方案可反演出目标场的空间强度分布，由于在墙体上增加了采样点，可通过相关数据处理获得目标场的三维空间信息。
综上所述，本发明实施例所述成像方法结合了小孔成像原理和散射场分布，可实现绕墙成像，在特殊场合通过“拐弯”成像可实现一般成像设备无法达到的成像功能，特别在刑侦、反恐、维稳等领域应用有巨大前景；同时成像***简单，相比主动探测非视域成像方式，***具有体积小、便携和成本低的优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于散射光重构的光学成像方法，其特征在于，所述方法包括：
被观测目标的不同位置经过墙体漫反射；
漫反射后的反射光通过不同的路径依次经过共轭成像镜；
然后再穿过微孔，在面探测器上呈现所述被观测目标倒置的像，实现绕墙非视域成像；
其中，所述共轭成像镜、微孔和面探测器组成成像***；
所述墙体为所述被观测目标和成像***之间的漫反射信息转换载体；
所述被观测目标与所述成像***之间被障碍物隔断，该障碍物为可见光波不可穿透的实体物质。
2.根据权利要求1所述基于散射光重构的光学成像方法，其特征在于，
所述被观测目标采用两个分离的点光源模拟。
3.根据权利要求2所述基于散射光重构的光学成像方法，其特征在于，
当两个分离的点光源通过所述墙体的同一点散射后，利用所述微孔过滤其他位置处的杂散光，在所述面探测器上将所述两个分离的点光源分辨出来。
4.根据权利要求1所述基于散射光重构的光学成像方法，其特征在于，所述方法还包括：
增加所述成像***的个数，实现多维阵列分布，对同一观测点进行信号采集，利用不同角度的成像***获取不同的散射场分布，通过增加的非冗余信息提高有效观测视场和成像分辨率。
5.根据权利要求1所述基于散射光重构的光学成像方法，其特征在于，所述方法还包括：
增加所述成像***的个数，且每个成像***的观测点不一致，通过采集多个点的信息来获得目标场的三维空间信息。
6.根据权利要求1所述基于散射光重构的光学成像方法，其特征在于，
所述非视域成像的分辨率由微孔大小决定。
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