[发明专利]一种基于互补性质的傅里叶单像素成像方法

说明书

本发明公开的一种基于互补性质的傅里叶单像素成像方法，涉及一种单像素成像方法，属于光电成像技术领域。本发明实现方法为：根据三角函数公式，并参考四步相移法，生成相移量为0、π/2的两组傅里叶照明图案，利用DMD器件的互补性质，在微镜偏转的对称方向自动地近似获得相移量为π、3π/2的另两组互补傅里叶照明图案，而免去生成步骤；利用单像素探测器的测量值进行计算得到目标物体的傅里叶频谱，进行傅里叶逆变换得到最终重构图像。本发明利用DMD器件“0”和“1”偏转状态的互补性，与四步法相比能减少一半的照明图案，但又能兼具四步法差分测量的优点，实现傅里叶单像素成像速度和成像质量的良好兼顾。

技术领域

本发明涉及一种单像素成像方法，尤其涉及一种基于互补性质的傅里叶单像素成像方法，属于光电成像技术领域。

背景技术

传统的光学成像方法是利用强度、相位等光场的一阶关联信息进行的基于光场强度的分布测量，使用光电探测器阵列来获取图像，直接采集图像各个像素的强度值或者其他信息。而单像素成像技术作为一种新型的计算成像方法，利用空间光调制技术，能够实现只使用一个无空间分辨能力的单像素探测器获取物体的空间信息。与传统成像方法相比，单像素成像具有成本低、质量高、体积小等特点，在医疗成像、星载探测、遥感、光学加密传输、显微成像和散射成像等领域都有着广大的应用前景和重要的潜在价值。

单像素成像技术需要使用计算机编码生成的一系列照明图案对目标物体进行调制，获取调制后的光强信号从而计算目标物体的信息。照明图案数量越多，则对应的成像时间也会越长。照明图案可分为随机图案和编码图案。采用随机图案进行成像，则需要的照明图案数量十分庞大。而傅里叶算法是一种产生编码图案的典型方法，在一定程度上可以减少所需的照明模式的数量，但仍有改进的空间。

发明内容

为了解决现有单像素成像方法中所需照明图案数量庞大的问题，本发明的目的是提供一种基于互补性质的傅里叶单像素成像方法，能够进一步减少单像素成像中照明图案的数量，提升单像素成像的速度和成像质量。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于互补性质的傅里叶单像素成像方法，根据三角函数公式，并参考四步相移法，生成相移量为0、π/2的两组傅里叶照明图案，利用DMD器件的互补性质，在微镜偏转的对称方向自动地近似获得相移量为π、3π/2的另两组互补傅里叶照明图案，而免去生成步骤。利用单像素探测器的测量值进行计算得到目标物体的傅里叶频谱，进行傅里叶逆变换得到最终重构图像。本发明利用DMD器件“0”和“1”偏转状态的互补性，与四步法相比能减少一半的照明图案，但又能兼具四步法差分测量的优点，实现傅里叶单像素成像速度和成像质量的良好兼顾。

本发明公开的一种基于互补性质的傅里叶单像素成像方法，包括如下步骤：

步骤一、根据三角函数公式，并参考四步相移法，生成相移量为0、π/2的两组傅里叶照明图案。

所述生成相移量为0、π/2的两组傅里叶照明图案的生成公式如下：

P_φ(x,y；f_x.f_y)＝a+b*cos(2πf_x*x+2πf_y*y+φ) (1)

其中，a是照明图案的平均强度，b为对比度，x、y是目标物体所在平面的直角坐标，f_x和f_y分别是x、y方向的空间频率，φ为相移量。

生成相移量为0、π/2的两组傅里叶照明图案。相位差为π的两个照明图案彼此互补。DMD器件“0”和“1”的两种偏转状态，对应照明图案的互补性，在微镜偏转的对称方向自动地近似获得相移量为π、3π/2的另两组互补傅里叶照明图案。

步骤二、进行采样，利用单像素探测器的测量值进行计算得到目标物体的傅里叶频谱。