[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

说明书

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。本发明属于光学成像技术领域。现有对弥散介质吸收散射系数分布的同时重建过程中，利用单一模型的测量信号进行重建存在获得的测量数据少、光学参数场重建精度低的问题。本发明包括：利用具有微透镜阵列的光场相机分别获取调频激光与脉冲激光作用下弥散介质边界各个方向上的辐射强度信息，通过模拟调频激光作用下弥散介质内的红外辐射传输过程，初步得到频域模型下介质内部的光学参数场的重建图像，并作为时域模型的初始的光学参数场，通过模拟脉冲激光作用下弥散介质内的红外辐射传输过程，得到弥散介质的内部结构。利用本发明方法能完成高精度的光学参数场的重建。

技术领域

本发明涉及一种光学成像方法，具体涉及一种弥散介质光学参数场的测量装置和方法。

背景技术

弥散介质为包含颗粒的参与性介质，弥散介质内部的光学参数场分布往往不能通过测量直接得到，但可以通过光学参数场重建，利用介质边界的测量信号中的光学信息，并结合重建优化算法，得到介质内部的光学参数场，从而探测到弥散介质的内部结构。弥散介质的光学参数重建在很多领域的研究中发挥着重要作用，如生物医学成像、无损探测、红外遥感、火焰测温等领域。

当激光入射弥散介质时，根据选用激光光源的不同，可分为三种方法，即：利用连续激光入射的稳态辐射传输模型，利用调频激光入射的频域辐射传输模型，利用脉冲激光入射的时域辐射传输模型。其中，频域模型辐射传输方程的求解比较简单，计算效率较高，但是由于频域模型提供的测量数据较少，光学参数场重建精度较低；与频域模型相比，时域模型求解较为复杂，但是提供了更为丰富的时变探测信号，可以较好的改善重建问题中的病态问题及串扰问题。

利用微透镜阵列光场相机获取丰富的辐射光场信息，对弥散介质光学参数场进行探测，成像效果好，数据处理方便，可以较好地完成频域模型及时域模型中对光信号的探测工作。在目前的弥散介质吸收散射系数分布同时重建研究中，辐射信号的测量主要以接触式的光纤测量为主，通过光场相机测量光场信号的技术尚未得到应用。

目前对弥散介质吸收散射系数分布的同时重建研究，主要利用单一的模型(频域模型或时域模型)的测量信号进行重建，而通过时频光信息融合进行光学参数场重建的技术尚未得到应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有对弥散介质吸收散射系数分布的同时重建过程中，利用单一模型的测量信号进行重建存在获得的测量数据少、光学参数场重建精度低的问题，而提出一种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。

基于时频光信息融合的弥散介质光学参数场测量装置，所述的测量装置包括激光控制器、激光头、弥散介质、一组微透镜阵列光场相机和数据采集处理系统；

激光控制器的一端连接激光头的激光控制信号输出端，激光控制器的另一端连接数据采集处理系统；数据采集处理系统的信号输入端同时与微透镜阵列光场相机的信号输出端连接；其中，所有的微透镜阵列光场相机与激光头处于同一平面上，且激光头、一组微透镜阵列光场相机在弥散介质的周围均匀分布；

且所述的激光头发射的激光射入弥散介质时，激光头发射的激光经过弥散介质各边界的中心点。

优选地，所述的一组微透镜阵列光场相机的个数与弥散介质的形状相适应，当弥散介质的形状为圆柱形时，微透镜阵列光场相机的个数为2个，分别设置在弥散介质的两端面所成的边界面侧；当弥散介质的形状为4-8面的正棱柱体时，微透镜阵列光场相机的个数为弥散介质具有的边界面数减1。

基于时频光信息融合的弥散介质光学参数场测量方法，所述方法包括以下步骤：

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