[发明专利]密集方位采样分块式平面光电成像系统

说明书

本发明公开一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，属于干涉成像技术领域，包括若干个沿圆周径向均匀排列的一维干涉臂，其包括从顶层至底层顺次分布的微透镜阵列、光子集成电路子系统、平衡正交探测器阵列和信号处理子系统；每一个一维干涉臂上均设有奇数个采取首尾相接配对方式的微透镜，来自目标场景的光经过透镜对耦合进入光子集成电路子系统，形成干涉条纹，信号处理子系统根据平衡正交探测器阵列检测的互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，对离散空间采样频谱进行重建，对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景图像。本发明能够有效弱化理想图像伪影，提高理想图像成像质量，同时提高实际目标场景图像质量。

技术领域

本发明涉及干涉成像技术领域，特别是涉及一种密集方位采样分块式平面光电成像系统。

背景技术

SPIDER成像技术的研制涉及到微纳制造技术、光子集成回路、空间频率欠采样图像反演等技术。在SPIDER中，传统成像系统的大型光学器件和支撑结构被微透镜阵列和光子集成电路(PIC)构成的密集干涉仪阵列所替代，可以实现大的有效孔径用以高分辨率成像，同时最大限度的减少系统的体积、质量和成本。尽管近几年来做了很多相应的研究，微透镜阵列、基线配对方式和空间频率采样都做了一定的优化，但是由于空间频域采样点的稀疏性和不均匀性，从自相关中寻找目标物体中两点的规则有效性受限，导致重建后的图像模糊。传统的SPIDER系统往往需要通过后期的重建算法来增强图像清晰度和最小化伪影。但若理想图像存在伪影，峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio，PSNR) 客观评价指标不高，采样后恢复的实际图像优化空间少，噪声严重，图像清晰度不高。这些都将成为发展和优化超轻、超薄、高分辨率SPIDER成像系统关键问题。

发明内容

针对传统SPIDER技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，其有效弱化了理想图像伪影，提高PSNR上限，且根据密集方位采样二维透镜结构设计的空间离散频谱重建方法，对提高分块平面系统成像质量有显著效果，实际图像的PSNR值和均方误差(Mean Square Error，MSE)值与传统SPIDER系统理想成像结果相当。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种密集方位采样分块式平面光电成像系统，包括若干个沿圆周径向均匀排列的一维干涉臂，全部所述一维干涉臂按顺序编号，每一个所述一维干涉臂包括从顶层至底层顺次分布的微透镜阵列、光子集成电路子系统、平衡正交探测器阵列和信号处理子系统；

每一个所述一维干涉臂上均设有2(2n+1)个等间距分布的微透镜位置，编号为偶数的一维干涉臂上只在序号为偶数的微透镜位置上设有微透镜，编号为奇数的一维干涉臂上只在序号为奇数的微透镜位置上设有微透镜，且单个所述一维干涉臂的填充因子为0.5；

采取首尾相接的配对方式对单个所述一维干涉臂上的微透镜进行两两匹配，由于单个所述一维干涉臂上的透镜数为奇数，因此在基线匹配中存在独立透镜，该透镜接收的光直接通过光电二极管检测电流强度，检测到的电流强度对应着光谱的中心零频率幅值，其他微透镜两两匹配形成不同长度的干涉基线；

来自目标场景的光经过各个所述透镜对耦合进入所述光子集成电路子系统，所述平衡正交探测器阵列检测所述光子集成电路子系统形成的干涉条纹的互相干可见度信息，所述互相干可见度信息包括幅值信息和相位信息；

所述信号处理子系统根据所述互相干可见度信息得到离散空间采样频谱，并对离散空间采样频谱进行重建，得到重建后的空间采样频谱，然后对重建后的空间采样频谱进行傅里叶逆变换，得到重建的目标场景图像。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：