[发明专利]一种基于动量梯度的散射波前光场估计加速方法

说明书

本发明公开了基于动量梯度的散射波前光场估计加速方法，包括：在散射光场成像系统中于深度z₁、z₂下采集光强为|Y₁|²、|Y₂|²的两个光强图像；以光强的算术平方根分别作为深度z₁、z₂的散射波前光场估计初始值，并设定对应的动量梯度初始值为与两个光强具有相同维数的零值矩阵；利用基于光场幅值约束的散射波前光场估计迭代算法估计两个深度的散射波前光场；迭代过程利用光场的传播以及幅值替换得到的初始梯度更新动量梯度，并利用动量梯度更新散射波前光场估计值直至迭代收敛时，得到两个深度的散射波前光场估计值Y'₁和Y'₂；使用光场的二次传播算法将Y'₁和Y'₂传播到目标深度，并对得到的两个传播散射波前光场在复数域求平均，得到目标深度的散射波前光场估计值。

技术领域

本发明涉及一种基于动量梯度的散射波前光场估计加速方法，属于计算摄像学领域。

背景技术

广泛存在于自然界中的散射介质能够改变入射光的传播方向，而人类以及相机的视觉系统成像依赖于光线的直线传播。因此，对被散射介质遮挡的物体进行成像是一项有着巨大应用前景的技术。然而当散射介质的散射强度以及厚度达到能够散射几乎所有经过它的光线的时候，这项任务依然面临着很多亟待解决的问题。

当前透过强散射层的散射成像方案主要包括以下四种：波前调制方法、基于散斑扫描的相位恢复方法、基于单次采集的相位恢复方法以及系统点扩散函数反卷积方法。波前调制方法使用空间光调制器来补偿散射层对出射光造成的相位扰动，这样系统中物面的一个点将对应相面的单个点，从而能够像传统光学成像系统一样直接成像。基于散斑扫描的相位恢复方法和基于单次采集的相位恢复方法都能够非侵入式的恢复简单样本的清晰图像。以上介绍的三种方法在一次成像过程中只能够对单一深度的成像目标进行重构，成像景深被限制在采集深度附近的很小的范围内，而且这一成像景深范围正比于物距的平方，因此在物距较小的显微成像系统中景深的范围就会进一步减小。系统点扩散函数反卷积方法通过采集多深度系统点扩散函数能够实现多深度重建，基于训练样本的散斑估计算法也能够非侵入式的估计得到训练样本所在深度的散斑分布用于成像目标重构，但是多深度的采集在很多情况下无法实现，而多深度的散斑估计的计算量以及对训练样本分布的要求也会随深度数量的增加而显著增加。基于散斑缩放的景深拓展方法能够在采集或估计单深度系统点扩散函数的情况下拓展散射透视成像系统的景深。而基于双深度光场幅值约束以及光场传播的光场估计方法能够在采集或估计双深度系统点扩散函数的情况下提升景深拓展的效果，但是该方法的光场传播迭代过程耗时较长限制了其应用前景。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于动量梯度的散射波前光场估计加速方法，用以提高基于双深度光场幅值约束以及光场传播的光场估计方法的迭代优化速度。

本发明为达上述目的提出以下技术方案：

一种基于动量梯度的散射波前光场估计加速方法，包括以下步骤：

A1、在散射光场成像系统中，于深度z₁下采集光强为|Y₁|²的一光强图像，于深度z₂下采集光强|Y₂|²的另一光强图像；