CN103345063A

CN103345063A - 补偿式热光无透镜关联成像系统及成像方法

Info

Publication number: CN103345063A
Application number: CN2013103090772A
Authority: CN
Inventors: 高禄; 郑志远
Original assignee: Individual
Current assignee: China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: CN103345063B

Abstract

本发明涉及热光无透镜关联成像技术领域，尤其涉及一种补偿式热光无透镜关联成像系统及成像方法。该成像系统包括激光光源、旋转毛玻璃片、分束器、待测物体、第一探测器、第二探测器和玻璃棒；激光光源发出的激光经过旋转毛玻璃片后形成空间频率随机分布的热光，再经由分束器分束，被分成物光和参考光；物光穿过待测物体后被第一探测器接收；参考光穿过玻璃棒后被第二探测器接收；参考光的等效光程与物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度。若物光的光程与参考光光程之差大于系统的纵向相干长度，则热光无透镜关联成像实验无法得到关联像，而使用该补偿式成像系统及成像方法，则可以得到待测物体的关联像。

Description

补偿式热光无透镜关联成像系统及成像方法

技术领域

本发明涉及热光无透镜关联成像技术领域，尤其涉及一种补偿式热光无透镜关联成像系统及成像方法。

背景技术

热光无透镜关联成像实验中，如图3所示，由激光光源110发出的激光照射在旋转毛玻璃片105上产生空间频率随机分布的热光，被分束器103分成两束光，一束光称作物光，另一束光称作参考光。其中物光透过待测物体111后被第一探测器112探测其光强，参考光自由传播后被第二探测器101探测其光强，然后使用二阶关联测量装置113将两个探测器分别探测的光强进行二阶关联测量，得到待测物体的关联像。其中得到待测物体的关联像，必须要满足一个条件，即物光的光程与参考光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度。物光的光程是指从分束器至待测物体的直线距离，其中待测物体紧贴第一探测器112，参考光的光程是指从分束器至第二探测器的直线距离。

若物光的光程与参考光的光程的光程差不满足这个条件，则将两个探测器分别探测的光强进行二阶关联测量时，会得不到待测物体的关联像。即目前实验成功的热光无透镜关联成像实验必须满足该条件，当不满足这个条件时，会导致实验失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补偿式热光无透镜关联成像系统及成像方法，以解决上述问题。

一种补偿式热光无透镜关联成像系统，包括激光光源、旋转毛玻璃片、分束器、待测物体、第一探测器、第二探测器和玻璃棒；所述激光光源产生的激光照射在旋转毛玻璃片上产生空间频率随机分布的热光，经过所述分束器后，被分成物光和参考光；所述物光穿过所述待测物体后被所述第一探测器接收；所述参考光穿过所述玻璃棒后被所述第二探测器接收；所述参考光的等效光程与所述物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，其中所述参考光的等效光程为所述玻璃棒的长度与所述玻璃棒的折射率之商加所述分束器至玻璃棒左端面的直线距离。

一种利用上述的补偿式热光无透镜关联成像系统的成像方法，包括如下步骤：

将激光光源产生的激光照射在旋转毛玻璃片上产生空间频率随机分布的热光，经过分束器后，分成物光和参考光；

将物光穿过待测物体后，通过第一探测器探测物光的光强；

将参考光穿过玻璃棒后，通过第二探测器探测参考光的光强，且参考光的等效光程与所述物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，其中所述参考光的等效光程为所述玻璃棒的长度与所述玻璃棒的折射率之商加所述分束器至玻璃棒左端面的直线距离；

将第一探测器探测的物光的光强与第二探测器探测的参考光的光强进行二阶关联测量，得到待测物体的关联像。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：在进行热光无透镜关联成像实验，当物光的光程与参考光的光程的光程差大于系统的纵向相干长度时，该实验不会出现待测物体的关联像，使用本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统去进行实验时，该热光无透镜关联成像系统包括激光光源、旋转毛玻璃片、分束器、待测物体、第一探测器、第二探测器和玻璃棒，将玻璃棒放置在参考光的光路上，参考光从玻璃棒的一端进入，从另一端射出，由于玻璃棒具有折射率，参考光经过玻璃棒时，使得参考光的等效光程减小，从而使得参考光的等效光程与物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，使原本不能出现关联像的实验显示出待测物体的关联像。

附图说明

图1为本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统无玻璃棒的结构示意图；

图3为本发明背景技术的热光无透镜关联成像实验结构示意图；

图4为本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像方法的步骤图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种补偿式热光无透镜关联成像系统，包括激光光源110、旋转毛玻璃片105、分束器103、待测物体111、第一探测器112、第二探测器101和玻璃棒102；所述激光光源110产生的激光照射在旋转毛玻璃片105上产生空间频率随机分布的热光，经过所述分束器103后，被分成物光和参考光；所述物光穿过所述待测物体111后被所述第一探测器112接收；所述参考光穿过所述玻璃棒102后被所述第二探测器101接收；所述参考光的等效光程与所述物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，其中所述参考光的等效光程为所述玻璃棒102的长度与所述玻璃棒102的折射率之商加所述分束器103至玻璃棒102左端面的直线距离，其中参考光的光路中朝向分束器的方向为左，朝向第二探测器101的方向为右。

在进行热光无透镜关联成像实验时，当物光的光程与参考光光程的光程差大于系统的纵向相干长度时，该实验不会出现待测物体的关联像，使用本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统进行实验时，该热光无透镜关联成像系统包括激光光源110、旋转毛玻璃片105、分束器103、待测物体111、第一探测器112、第二探测器101和玻璃棒102，将玻璃棒102放置在参考光的光路上，参考光从玻璃棒102的一端进入，从另一端射出，由于玻璃棒102具有折射率，参考光经过玻璃棒102时，使得系统中参考光的等效光程与物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，使原本不能出现关联像的实验显示出待测物体的关联像。

即使用本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统进行热光无透镜关联成像实验时，即使不满足物光的光程与参考光光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度这个条件，本实验依然能够完成，得到待测物体的关联像。例如，当实验选用波长λ为0.6328μm的激光光源，且经过旋转毛玻璃片产生的热光源平面的平均散斑尺寸δ₀为50μm时，根据热光二阶关联成像系统的纵向相干长度公式

得到该系统的纵向相干长度△z为1.2cm，而实验中测量的物光的光程为25cm，参考光的光程为31.8cm，即光程差为31.8cm-25cm＝6.8cm，该光程差大于该系统的纵向相干长度，若该实验采用传统的热光无透镜关联成像实验系统进行，则实验中不会出现关联像。而采用本发明实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统，将玻璃棒放置于参考光的光路上，其中该玻璃棒的长度为20cm、折射率为1.52，则参考光的等效光程为31.8-20+20/1.52≈25cm，即参考光的等效光程与物光的光程相等，使该实验满足热光关联成像的条件，从而得到待测物体的关联像。

实验中需要使用旋转毛玻璃片105，将激光光源110发出的激光经过旋转毛玻璃片105后，形成空间频率随机分布的热光。旋转毛玻璃片105旋转速度越快，形成的热光的相干时间越短。另外，本发明实施例的激光光源110可以采用氦氖激光器或其他可见光波段的激光光源。

为了调节激光的强度，该系统还包括第一偏振片108和第二偏振片107；所述第一偏振片108和第二偏振片107位于所述激光光源110和所述旋转毛玻璃片105之间且沿着所述激光光源110发出的光的路径依次排布。

进一步，为了调节关联像的分辨率及可见度，该系统还包括扩束器106；所述扩束器106位于所述第二偏振片107和所述旋转毛玻璃片105之间。该扩束器106可以用于改变照射在旋转毛玻璃片上的激光光斑大小。当光斑变大时，探测器探测面上散斑尺寸变小，关联像的可见度降低但分辨率提高；当光斑变小时，探测器探测面上散斑尺寸变大，关联像的可见度提高但分辨率降低，因此，需要通过扩束器调节合适的光斑大小，使关联像即满足高的可见度，又满足高的分辨率。

进一步，该系统还包括光阑104；所述光阑104位于所述旋转毛玻璃片105和所述分束器103之间。光阑104用于调节热光源的横向尺寸，进而控制关联像的质量。光阑减小，第二探测器101和第一探测器112探测面上的散斑尺寸变大，关联像的可见度提高但分辨率降低；反之，光阑变大，第二探测器101和第一探测器112探测面上的散斑尺寸变小，关联像的可见度降低但分辨率提高。

为了控制采用该系统进行实验时所占空间的大小，该系统还包括平面反射镜109；所述平面反射镜109用于将所述激光光源产生的光改变传播方向后经过所述第一偏振片108、第二偏振片107、扩束器106、旋转毛玻璃片105、光阑104进入所述分束器103。即平面反射镜109可以改变光的传播方向，避免该系统的长度过长，使该系统的结构更合理。

进一步，该系统还包括二阶关联测量装置113；所述二阶关联测量装置113与所述第一探测器112和第二探测器101连接，用于将第一探测器112探测的物光的光强及第二探测器101探测的参考光的光强进行二阶关联测量，得到所述待测物体的关联像。利用二阶关联测量装置得到待测物体的关联像在本领域已经实现，这里无需进行具体的描述。当然，该二阶关联测量装置113可以在处理器内置二阶关联测量算法以实现该功能。

实施例2

在本实施例中，利用上述实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统，如图1所示，激光光源110为氦氖激光器的光源发出激光，经过平面反射镜109改变激光的传播方向后，依次经过第一偏振片108、第二偏振片107、扩束器106、旋转毛玻璃片105、光阑104后，形成空间频率随机分布的热光进入分束器103，经过分束器103后被分成两束光，一束物光穿过待测物体111后进入第一探测器112，一束参考光穿过玻璃棒102后进入第二探测器101，经第一探测器112和第二探测器101分别探测物光和参考光的光强并发送给二阶关联测量装置113。该实验中，激光的波长为0.6328μm，热光源平面的平均散斑尺寸为50μm，则系统的纵向相干长度为1.2cm，令物光的光程为25cm，即物光从分束器至待测物体的直线距离为25cm，令参考光的光程为31.8cm，即参考光从分束器至第二探测器的直线距离为31.8cm。若在参考光的路径上不设置玻璃棒，如图2所示，物光的光程与参考光的光程的光程差大于纵向相干长度，该实验无法得到待测物体的关联像。而在参考光的路径上设置玻璃棒后，如图1所示，玻璃棒的长度为20cm，折射率为1.52，玻璃棒的长度方向的两端面经过抛光处理，其它侧面为磨砂面，则参考光在玻璃棒外所走的长度为11.8cm，在玻璃棒内所走的长度为20cm，参考光的等效光程为11.8+20/1.52≈25cm，即物光的光程与参考光的等效光程的光程差小于系统的纵向相干长度，则该实验中，加入玻璃棒后，将会得到待测物体的关联像。

实施例3

在实施例1和实施例2的基础上，如图4所示，本实施例还提供一种利用上述实施例的补偿式热光无透镜关联成像系统的成像方法，包括如下步骤：

403，将激光照射在旋转毛玻璃片上产生空间频率随机分布的热光，经过分束器后，分成物光和参考光；

404，将物光穿过待测物体后，通过第一探测器探测物光的光强；

405，将参考光穿过玻璃棒后，通过第二探测器探测参考光的光强，且参考光的等效光程与所述物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，其中所述参考光的等效光程为所述玻璃棒的长度与所述玻璃棒的折射率之商加所述分束器至玻璃棒左端面的直线距离；

406，将第一探测器探测的物光的光强与第二探测器探测的参考光的光强进行二阶关联测量，得到待测物体的关联像。

进一步，将激光照射在旋转毛玻璃片上产生空间频率随机分布的热光，进入分束器分束之前，还包括如下步骤：

401，将激光光源产生的激光经过平面反射镜改变传播方向；

402，将改变传播方向的激光依次经过第一偏振片、第二偏振片、扩束器、旋转毛玻璃片及光阑，形成空间频率随机分布的热光进入分束器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，包括激光光源、旋转毛玻璃片、分束器、待测物体、第一探测器、第二探测器和玻璃棒；

所述激光光源产生的激光照射在所述旋转毛玻璃片上产生空间频率随机分布的热光，经过所述分束器后，被分成物光和参考光；所述物光穿过所述待测物体后被所述第一探测器接收；所述参考光穿过所述玻璃棒后被所述第二探测器接收；

所述参考光的等效光程与所述物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，其中所述参考光的等效光程为所述玻璃棒的长度与所述玻璃棒的折射率之商加所述分束器至所述玻璃棒的左端面的直线距离。

2.如权利要求1所述的补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，还包括第一偏振片和第二偏振片；

所述第一偏振片和第二偏振片位于所述激光光源和所述旋转毛玻璃片之间且沿着所述激光光源发出的光的路径依次排布。

3.如权利要求2所述的补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，还包括扩束器；

所述扩束器位于所述第二偏振片和所述旋转毛玻璃片之间。

4.如权利要求3所述的补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，还包括光阑；

所述光阑位于所述旋转毛玻璃片和所述分束器之间。

5.如权利要求4所述的补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，还包括平面反射镜；

所述平面反射镜用于将所述激光光源产生的激光改变传播方向后经过所述第一偏振片、第二偏振片、扩束器、旋转毛玻璃片、光阑进入所述分束器。

6.如权利要求1-5中任一项所述的补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，还包括二阶关联测量装置；

所述二阶关联测量装置与所述第一探测器和第二探测器连接，用于将第一探测器探测的物光的光强及第二探测器探测的参考光的光强进行二阶关联测量，得到所述待测物体的关联像。

7.如权利要求6所述的补偿式热光无透镜关联成像系统，其特征在于，所述玻璃棒的折射率为1.52。

8.一种利用如权利要求1-7中任一项所述的补偿式热光无透镜关联成像系统的成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

将物光穿过待测物体后，通过第一探测器探测物光的光强；

将参考光穿过玻璃棒后，通过第二探测器探测参考光的光强，且参考光的等效光程与所述物光的光程的光程差小于或等于系统的纵向相干长度，其中所述参考光的等效光程为所述玻璃棒的长度与所述玻璃棒的折射率之商加所述分束器至玻璃棒的左端面的直线距离；

将第一探测器探测的物光光强与第二探测器探测的参考光光强进行二阶关联测量，得到待测物体的关联像。

9.如权利要求8所述的成像方法，其特征在于，在热光进入分束器之前还包括如下步骤：

将激光光源产生的激光经过平面反射镜改变传播方向；

将改变传播方向的激光依次经过第一偏振片、第二偏振片、扩束器、旋转毛玻璃片及光阑，形成空间频率随机分布的热光进入分束器。