[发明专利]基于微透镜阵列与脉冲激光的弥散介质光学参数场重建装置及其重建方法

摘要

基于微透镜阵列与脉冲激光的弥散介质光学参数场重建装置及其重建方法，属于红外光学成像领域。目前缺少通过微透镜阵列测量光场信号的技术方法。基于微透镜阵列与脉冲激光的弥散介质光学参数场重建装置，数据采集处理系统(7)连接激光控制器(1)和三个微透镜阵列光场相机；激光控制器(1)连接激光头(2)，激光头(2)和三个微透镜阵列光场相机围成的区域中心设置弥散介质(3)。基于微透镜阵列与脉冲激光的弥散介质光学参数场重建方法，包括介质边界出射辐射测量、近红外脉冲激光在弥散介质的传输计算、光学参数场重建环节。本发明实现对弥散介质光学参数场的重建，为近红外光学成像和红外探测技术提供新的技术手段。

主权项

1.一种利用基于微透镜阵列与脉冲激光的弥散介质光学参数场重建装置的重建方法，基于微透镜阵列与脉冲激光的弥散介质光学参数场重建装置，其组成包括：激光控制器(1)、激光头(2)、弥散介质(3)、第一微透镜阵列光场相机(4)、第二微透镜阵列光场相机(5)、第三微透镜阵列光场相机(6)和数据采集处理系统(7)，数据采集处理系统(7)连接激光控制器(1)，激光控制器(1)连接激光头(2)；数据采集处理系统(7)还同时与第一微透镜阵列光场相机(4)、第二微透镜阵列光场相机(5)、第三微透镜阵列光场相机(6)连接；其中，激光头(2)、第一微透镜阵列光场相机(4)、第二微透镜阵列光场相机(5)、第三微透镜阵列光场相机(6)的中心点在同一平面上；激光头(2)和第二微透镜阵列光场相机(5)中心点的连线，与第一微透镜阵列光场相机(4)和第三微透镜阵列光场相机(6)中心点的连线垂直相交，两条中心点连线的交点处分别为各自中点，且在两条中心点连线的交点处设置弥散介质(3)；所述弥散介质(3)是指对红外光呈吸收、散射特性的介质；其特征在于：所述方法通过以下步骤实现，步骤一、开启激光控制器(1)，使激光头(2)发射的脉冲激光射入弥散介质(3)，然后将弥散介质(3)以第一微透镜阵列光场相机(4)和第三微透镜阵列光场相机(6)中心点的连线为轴旋转90°，使脉冲激光作用于弥散介质(3)的另外一个边界，直至弥散介质(3)的四个边界都受到一次激光头(2)发射的脉冲激光；激光头(2)每发射一次脉冲激光时都利用第一微透镜阵列光场相机(4)、第二微透镜阵列光场相机(5)、第三微透镜阵列光场相机(6)进行一次经弥散介质(3)透射或反射出的辐射场信号的采集，再将获得的所有辐射场信号发送至数据采集处理系统(7)中；数据采集处理系统(7)分别对获得的辐射场信号进行处理，获得弥散介质(3)各边界射出的光谱辐射强度值其中，s表示光源位置，i表示探测点位置，M表示所测量信号；步骤二、设弥散介质(3)的光学参数场为μ⁰，通过时域辐射传输方程计算出弥散介质(3)边界的透射及反射辐射强度信号将计算得到的弥散介质(3)边界的透射及反射辐射强度信号与步骤一采集的辐射场信号构成目标函数F(μ⁰)；其中，透射及反射辐射强度信号中上角标P表示估算信号或模拟信号；μ表示待重建的弥散介质的光学参数场；步骤三、利用共轭梯度法进行迭代计算，更新第k次迭代计算得到的弥散介质光学参数场的分布值：μk＝μk‑1+Δμ式中，k＝1,2,…；Δμ表示参数的改变量；μ表示待重建的弥散介质的光学参数场；步骤四、根据步骤三第k次迭代计算得到的弥散介质光学参数场的分布值μ^k，计算弥散介质(3)边界的辐射强度信号以及目标函数F(μ^k)；若目标函数F(μk)的值小于极值，则执行步骤六；否则，执行步骤五；步骤五、若迭代次数k达到最大迭代次数K，则使当前的弥散介质光学参数场的分布值作为初值，重新开始迭代，即令μ0＝μk，返回至步骤二；否则，返回至步骤三；步骤六、将当前迭代计算得到的光学参数场分布值作为重建结果，结束反演过程。