[发明专利]一种基于小相位调制以及相位补偿的聚焦方法以及装置

说明书

本发明公开一种基于小相位调制以及相位补偿的聚焦方法以及装置，方法包括小相位调制步骤和相位补偿步骤，小相位调制步骤包括：将空间调制器划分为K个单元，基于N个K维数组构建相位调制矩阵；基于预处理后的相位调制矩阵控制空间调制器进行N次波面调制，并在M个位置获取波强度，并生成强度矩阵；基于预处理后的强度矩阵和相位调制矩阵生成干涉特性矩阵；相位补偿步骤包括：在M个位置中选取m个位置后，将干涉特性矩阵中对应的m行进行带权重相加，得到干涉特性数组；基于相位补偿处理后的干涉特性数组配置空间调制器的调制状态，实现在m个位置的聚焦。本发明解决目前因相位调制量较大而不利于实现高速调节以及多调制单元集成的问题。

技术领域

本发明涉及计算成像技术领域，具体涉及一种基于小相位调制以及相位补偿的聚焦方法以及装置。

背景技术

当波面具有较复杂的振幅及相位空间分布，或者传播过程中经历散射等无法直接计算波场传播特性的复杂过程时，可以结合波前校正技术来实现波的聚焦。例如在光通过散射介质聚焦问题中，一个典型的方法是使用四步相移干涉法，经过多次相位调制以及测量后可以计算出散射介质的光学传输特性矩阵，进而可以实现任意位置的聚焦，这种方法需要相位调制量达到3π/2，虽然可以使用基于液晶的相位型空间光调制器但存在响应速度慢的固有缺点。另一方面，基于晶体电光效应或者压电效应的相位调制手段具备远高于液晶的响应速率，但其相位调制量与电压成正比，因而往往需要较高的驱动电压，难以实现高速调制以及多调制单元的集成。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于小相位调制以及相位补偿的聚焦方法以及装置，解决目前在基于波前相位校正的聚焦方法中因相位调制量较大而不利于实现高速调节以及多调制单元集成的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于小相位调制以及相位补偿的聚焦方法，包括依次进行的小相位调制步骤和相位补偿步骤，其中，

所述小相位调制步骤包括：

将空间调制器划分为K个单元后，获取N个K维数组，基于N个K维数组构建N×K维的相位调制矩阵，其中，所述相位调制矩阵的各个数值的大小在[-απ,απ]内，α为小于1的正数；

对所述相位调制矩阵进行预处理，基于预处理后的相位调制矩阵，控制所述空间调制器对入射波波面进行N次空间调制，每次空间调制时均在强度测量区域内的M个位置分别获取波强度，N次空间调制后得到M×N维的强度矩阵；

对所述强度矩阵进行预处理，基于所述相位调制矩阵和预处理后的强度矩阵，生成M×K维的干涉特性矩阵；

所述相位补偿步骤包括：

在所述M个波强度测量位置中选取m个待聚焦位置后，将所述干涉特性矩阵中相对应的m行进行带权重相加，得到1×K维的干涉特性数组，其中，所述权重用于控制m个位置的相对聚焦强度；

对所述干涉特性数组进行相位补偿处理，基于所述相位补偿处理后的干涉特性数组配置空间调制器的调制状态，以实现在m个待聚焦位置的聚焦。

在其中一些实施例中，所述N个K维数组包括但不限于随机二值化数组、随机连续数组、以及利用hadmard矩阵、格雷码编码构造的二值化数组。

在其中一些实施例中，所述对所述相位调制矩阵进行预处理，包括：

将所述相位调制矩阵的各个数值均增加或减少固定值，以适配所使用空间调制器件的相位调制区间。

在其中一些实施例中，所述对所述强度矩阵进行预处理，包括：

将所述强度矩阵的各行的各个数值减去该行的各个数值的平均值。

在其中一些实施例中，所述基于所述相位调制矩阵和预处理后的强度矩阵，生成M×K维的干涉特性矩阵，包括：