[发明专利]一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统

说明书

本发明公开了一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统，其中，该方法包括：构造波前解析函数；基于波前解析函数，获取满足克喇末‑克勒尼希解析关系的多个强度测量值；根据多个强度测量值，利用克喇末‑克勒尼希关系恢复多个子孔径复数值；对多个子孔径复数值进行频谱拼接，获得复数域波前的初值；基于复数域波前的初值，联合神经网络和物理模型去除振幅相位混叠，以重建复数域图像。本发明能解决复数域成像中振幅相位混叠导致的降质问题，并利用神经网络的非线性建模能力实现抗噪、高保真的复数域成像。

技术领域

本发明涉及计算摄像学领域，尤其涉及一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法和系统。

背景技术

光波(可见光)是波长为百纳米级别的电磁波，其振幅和相位是描述波动性的重要物理量。光波的振幅描述目标的反射率或透射率；相位表征光传播的延迟，揭示目标的本征固有结构。然而，现有的光电探测器无法直接采集光波的相位，这是因为光电转换的最高频率为～10^9Hz级别，难以测量频率范围在10^13～10^15Hz(红外～X光)的电磁波。因此，传统的成像方式仅获得了光强(振幅)信息，遗失了相位信息，无法对反射率或透射率变化较小的目标进行高对比度成像。

相较于传统强度成像仅获得实数域单维度信息，复数域成像同时获取光波的振幅和相位分布，在这两个维度实现对目标更为清晰地呈现。例如，荷兰科学家泽尼克(FritsZernike)在1935年发明的相衬显微镜和葡萄牙科学家伽博(Dennis Gabor)在1971年发明的全息术，他们都基于光的干涉原理实现了复数域成像。然而此类基于干涉的成像技术对光学系统的稳定性和光源的时空相干性要求非常高，成像系统十分复杂，只能在少数部分波段实现相应的光学设计。近几年来，在计算成像技术高速发展的背景下，非干涉式复数域成像方法应运而生。该技术在光波自由传播的基础上，通过计算的方式从信号的强度测量值中重建了完整的复数域信号。该类技术无需干涉，大大简化了复数域成像的设置并拓宽了应用波段。

然而，复数域成像依然面临着巨大的挑战。由于电磁波振幅和相位彼此耦合，相互影响，传播时受到噪声或扰动会导致振幅和相位信息的混叠，难以分离。幅相混叠使得复数域成像质量降低并丢失信息，严重阻碍了复数域成像的发展。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于解决复数域成像中振幅相位混叠导致的降质问题，实现抗噪和高保真的复数域成像，提出了一种去除振幅和相位混叠的复数域成像方法。

本发明的另一个目的在于提出一种去除振幅和相位混叠的复数域成像系统。

为达上述目的，本发明一方面提出了去除振幅和相位混叠的复数域成像方法，包括以下步骤：

S1，构造波前解析函数；

S2，基于波前解析函数，获取满足克喇末-克勒尼希解析关系的多个强度测量值；

S3，根据多个强度测量值，利用克喇末-克勒尼希关系恢复多个子孔径复数值；

S4，对多个子孔径复数值进行频谱拼接，获得复数域波前的初值；

S5，基于复数域波前的初值，联合神经网络和物理模型去除振幅相位混叠，以重建复数域图像。

本发明通过构造波前解析函数；基于波前解析函数，获取满足克喇末-克勒尼希解析关系的多个强度测量值；根据多个强度测量值，利用克喇末-克勒尼希关系恢复多个子孔径复数值；对多个子孔径复数值进行频谱拼接，获得复数域波前的初值；基于复数域波前的初值，联合神经网络和物理模型去除振幅相位混叠，以重建复数域图像。本发明能解决复数域成像中振幅相位混叠导致的降质问题，并利用神经网络的非线性建模能力实现抗噪、高保真的复数域成像。

另外，根据本发明上述实施例的去除振幅和相位混叠的复数域成像方法还可以具有以下附加的技术特征：