[发明专利]一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法

说明书

本发明涉及鬼成像（或关联成像）技术，具体为一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法。本发明为了解决现有赝热光鬼成像技术中因成像质量受散斑图案、物体透过率影响，因而成像效果不甚理想的问题，提供了一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法。该方法将散斑图作为噪声源，利用物体各点透射率的变化来调节尺度因子，有效提高了鬼图像信噪比。本发明所述的变尺度鬼成像方法创新性地将散斑图作为噪声源，解决了差分鬼成像中由于比例因子不变所造成的信噪比低的问题，提高了鬼图像信噪比和对比度。

技术领域

本发明涉及鬼成像(或关联成像)技术，具体为一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法。

背景技术

鬼成像技术可利用无空间分辨力的探测器实现对其本身并不能直接探测到的物体进行反直觉成像，不仅可为重雾霾天气下的车辆驾驶员、火灾救援人员、烟雾弹干扰下的侦察机提供更远的安全视觉距离和侦查范围，还为地震被困人员、隐形战机、藏匿车辆等的探测提供了可能。由于赝热光鬼成像光源相干性好、强度大、易获取等，且比量子鬼成像、真热光鬼成像等更易实现，成为当前的研究热点。有代表性的研究包括计算鬼成像、差分鬼成像、高阶鬼成像等。这些研究涉及到噪声源分析和论证方面的不多。实际上，仔细分析鬼成像中的噪声可以发现：鬼成像中的噪声量受照射到物体上散斑图案、物体各点透过率(或反射率)的影响，且两者间存在一定关系。利用该关系实现赝热光鬼成像，不仅可以减少噪声对成像结果的影响，获得信噪比高的鬼图像，而且还可利用物体各点透过率的差异来提高鬼图像的对比度。因此，研究赝热光鬼成像中散斑图案、物体透过率与噪声间关系并以此来重构鬼成像质量对障碍物遮挡或恶劣环境下目标物体的探测具有重要意义。

然而，具有代表性的研究中关于噪声处理的研究主要有：差分鬼成像技术和基于图像降噪思想的鬼成像技术方面。这些方法虽然一定程度上提高了鬼图像信噪比，但由于未考虑噪声产生的原因具有一定局限性。例如：差分鬼成像中将物体各点的噪声系数看作一个常数，这显然是不合理的，因为在采集时间一定的情况下，噪声的严重程度与被照物体本身的透射率密切相关。基于图像降噪思想的鬼成像技术则是在鬼图像基础上，通过分析噪声类型来确定噪声阈值，进而进行降噪处理。由于噪声阈值的选取常常按照经验取值，使得鬼图像的降噪效果不好。

赝热光鬼成像系统通常由赝热光产生器(包括光源和调制器)、单像素探测器、CCD探测器(单臂鬼成像不需要)和显示部分组成。代表性的研究内容涉及到调制器、探测器、焦平面阵列器件等的研制和数据处理模块的采集、储存与重构算法研究。实现系统的一体化、实时处理是鬼成像的发展趋势。不容质疑的是，这些技术的发展虽然一定程度上提高了鬼成像的成像质量，但由于未涉及噪声源和找到造成成像效果低的影响因素，使得鬼图像分辨率低的问题并没有从根本上解决。

综合考虑以上情况可以看出，急需一种方法来专门用于解决鬼成像中的噪声问题，以提高鬼成像系统的成像效果。

发明内容

本发明解决现有赝热光鬼成像技术中因成像质量受散斑图案、物体透过率影响，因而成像效果不甚理想的问题，提供了一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法。该方法将散斑图作为噪声源，利用物体各点透射率的变化来调节尺度因子，有效提高了鬼图像信噪比。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法，包括以下步骤：

第一步、根据二阶相关原理，将被照物体的重构公式进行分解

其中，为重构的(x,y)点处被照物体透射率，I_a(x,y；n)为第n个散斑图案；I_b(n)为单像素探测器第n个测量值，T(u,v)为(u,v)点处被照物体透射率，·为相关运算符；

第二步、通过不同透射率物体的重构结果对噪声项进行分析：当被照物体在(u,v)点的透射率T(u,v)＝D时，D∈[0,1]，被照物体的重构公式变为其中为散斑图案的自相关函数；设定为基础噪声，并将其移到原点，这时噪声项为其中，m为基础噪声直方图水平轴的中心；D为依赖于透射率的尺度因子；