[发明专利]基于时频光信息融合的弥散介质光学参数场测量装置及方法

权利要求书

1.一种利用基于时频光信息融合的弥散介质光学参数场测量装置进行基于时频光信息融合的弥散介质光学参数场测量方法，所述的测量装置包括激光控制器(1)、激光头(2)、弥散介质(3)、一组微透镜阵列光场相机(4)和数据采集处理系统(7)；激光控制器(1)的一端连接激光头(2)的激光控制信号输出端，激光控制器(1)的另一端连接数据采集处理系统(7)；数据采集处理系统(7)的信号输入端同时与微透镜阵列光场相机(4)的信号输出端连接；其中，所有的微透镜阵列光场相机(4)与激光头(2)处于同一平面上，且激光头(2)、一组微透镜阵列光场相机(4)在弥散介质(3)的周围均匀分布；且所述的激光头(2)发射的激光射入弥散介质(3)时，激光头(2)发射的激光经过弥散介质(3)各边界的中心点，所述的一组微透镜阵列光场相机(4)的个数与弥散介质(3)的形状相适应，当弥散介质(3)的形状为圆柱形时，微透镜阵列光场相机(4)的个数为2个，分别设置在弥散介质(3)的两端面所成的边界面侧；当弥散介质(3)的形状为4-8面的正棱柱体时，微透镜阵列光场相机(4)的个数为弥散介质(3)具有的边界面数减1；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：开启激光控制器(1)，使激光头(2)发射出的调频激光入射到弥散介质(3)上，然后每次在将弥散介质(3)顺时针旋转一次时，都利用调频激光照射弥散介质(3)当前边界面的下一个相邻的边界面，直至激光头(2)发射的调频激光从弥散介质(3)的各个边界分别入射一次；

激光头(2)每发射一次调频激光则利用各微透镜阵列光场相机(4)采集一次弥散介质透射或反射出的辐射场信号，然后将获得的所有辐射场信号发送至数据采集处理系统(7)中；

数据采集处理系统(7)分别对其获得的辐射场信号进行处理，获得弥散介质(3)各边界射出的光谱辐射强度值作为调频激光入射时的测量信号，s表示光源照射序号，d表示探测点位置序号；

步骤二：使激光头(2)发射的脉冲激光射入弥散介质(3)的一个边界，然后每次在将弥散介质(3)顺时针旋转一次时，都利用调频激光照射弥散介质(3)当前边界面的下一个相邻的边界面，直至激光头(2)发射的脉冲激光从弥散介质(3)的各个边界分别入射一次；

激光头(2)每发射一次脉冲激光时都利用各个微透镜阵列光场相机(4)采集一次经弥散介质(3)透射或反射出的辐射场信号，再将获得的所有辐射场信号发送至数据采集处理系统(7)中；

数据采集处理系统(7)分别对获得的辐射场信号进行处理，获得弥散介质(3)各边界射出的光谱辐射强度值作为脉冲激光入射时的测量信号；

步骤三：设弥散介质的光学参数场为μ⁰，μ⁰结合频域辐射传输方程得到介质边界的透反射辐射强度信号与步骤一中的测量信号构成目标函数F(μ⁰)；相较于初始假设的光学参数场μ⁰，μ表示待重建的弥散介质的光学参数场；

步骤四：根据共轭梯度法更新弥散介质光学参数场的分布值，更新表达式为：

μ^k＝μ^k-1+Δμ，

k表示迭代步数，k＝1,2,…；Δμ表示光学参数场的改变量；

步骤五：根据步骤四中第k步迭代得到的光学参数场的分布值μ^k，运用频域辐射传输方程进行计算，得到介质边界的辐射强度信号以及目标函数F(μ^k)；

并判断目标函数值F(μ^k)是否小于给定的目标函数阈值，

若是，将μ^k赋值给μ^f，执行步骤六，

否则，返回步骤四；

步骤六：将当前迭代得到的光学参数场μ^f作为调频激光入射时的重建结果，并将调频激光入射时的重建结果μ^f作为脉冲激光入射时的光学参数场的初值，即令μ⁰＝μ^f，通过时域辐射传输方程计算出弥散介质(3)边界的透射及反射辐射强度信号与步骤二采集的辐射场信号构成目标函数F(μ⁰)；

步骤七：根据共轭梯度法更新弥散介质光学参数场的分布值，更新表达式为：

μ^k＝μ^k-1+Δμ，k＝1,2,…；

步骤八：根据步骤七中第k次迭代计算得到的弥散介质光学参数场的分布值μ^k，运用时域辐射传输方程进行计算，得到弥散 介质(3)边界的辐射强度信号以及目标函数F(μ^k)；

并判断目标函数值F(μ^k)是否小于给定的目标函数阈值，

若是，则执行步骤九，

否则，返回步骤七；

步骤九：将当前迭代计算得到的光学参数场分布值作为重建结果，结束反演过程。