CN104484861A - 基于LabVIEW的计算式鬼成像驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于labview的计算式鬼成像驱动方法，由mathscript模块生成具有一定像素块大小的随机矩阵，通过vision模块用来将随机矩阵转化为灰度图像并全屏显示，此时空间光调制器将包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，DAQ模块便提供相机高电平触发，使相机拍下包含物光信息的图片，保存模块用来保存参考光图片。本发明结合了SLM的装置特性，实现了像素块合并，保证了参考光图像和物光图像实验数据的准确一致性，更适用于计算式鬼成像实验的研究。
Description
技术领域
本发明属于驱动技术领域，特别是一种基于LabVIEW的计算式鬼成像驱动方法。
背景技术
鬼成像(ghost imaging)又称双光子成像(two-photon imaging)或关联成像(correlated imaging),是一种利用双光子符合探测恢复待测物体空间信息的一种新型成像技术。传统的光学观察是基于光场的强度的分布测量，关联光学则基于光场的强度的关联测量，并且现有的成像技术主要利用光场的一阶关联信息(强度与位相)，而经典‘鬼’成像利用的光场的二阶关联被认为是一种强度波动的统计相关。2008年，Shapiro提出计算式单臂鬼成像，革命性的将鬼成像系统参考光一路省去，大大提高了鬼成像系统的实用性。(J.H.Shapiro,Computational ghostimaging,Phys.Rev.A,78,0618022008)计算式鬼成像需要保证每生成一张参考光图像对应CCD相机拍摄一张物光图像，使参考光图像和物光图像一一对应，这就需要控制相机拍摄的时序。空间光调制器可以将生成的随机位图反映在屏幕上，通过光源反射图像信息照射物体生成物光图，高分辨率的条件下屏幕信息清晰度对光源的要求很高，生成的鬼成像重建图像质量相对较低，需要通过对像素块进行合并。在像素块的处理上，空间光调制器对黑色像素块显示为黑色轮廓的白色像素块，破坏了物光信息，需要通过对黑色像素块进行处理，使空间光调制器正确地显示黑色像素块。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于空间光调制器和CCD相机的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，该方法能获得计算式鬼成像参考光信息和物光信息。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于labview的计算式鬼成像驱动方法，由mathscript模块、vision模块、DAQ模块、保存模块采用顺序结构布置为四层，第一层为mathscript模块和vision模块，第二层和第三层都为DAQ模块，在第二层DAQ模块给相机提供高电平，在第三层DAQ模块给相机提供低电平；第四层为保存模块；由mathscript模块生成具有一定像素块大小的随机矩阵，通过vision模块用来将随机矩阵转化为灰度图像并全屏显示，此时空间光调制器将包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，DAQ模块便提供相机高电平触发，使相机拍下包含物光信息的图片，保存模块用来保存参考光图片。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)实现了像素块合并，通过kron函数可以自由控制像素块的大小，针对不同实验对象，选择相应的像素块大小可以简化实验并获得更好的成像效果；(2)适应SLM装置的特性，slmshow矩阵中黑色像素块设置为二值随机矩阵，使SLM装置显示全黑像素块，保存参考光图像时则使用slmsave矩阵，用于重建图像的计算；(3)对相机进行时序控制，DAQ模块保证每生成一副图像便给相机一次拍照触发，使参考光图像和物光图像实验数据的保持对应。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法流程图。
图2(a)是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法slm2矩阵。
图2(b)是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法slmsave矩阵。
图3是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法slmshow矩阵。
图4是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法程序时序。
图5(a)是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法的参考光图片。
图5(b)是本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法的物光图片。
具体实施方式
结合图1，本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法，由mathscript模块、vision模块、DAQ模块、保存模块采用顺序结构布置为四层，第一层为mathscript模块和vision模块，采用计时控件使第一层耗时50ms到100ms；第二层和第三层都为DAQ模块，在第二层DAQ模块给相机提供高电平，采用计时控件使第二层耗时5ms到10ms，在第三层DAQ模块给相机提供低电平；第四层为保存模块，采用计时控件使第四层耗时5ms到10ms。由mathscript模块生成具有一定像素块大小的随机矩阵，通过vision模块用来将随机矩阵转化为灰度图像并全屏显示，此时空间光调制器将包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，DAQ模块便提供相机高电平触发，使相机拍下包含物光信息的图片，保存模块用来保存参考光图片。
本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法的具体实现步骤如下：
1.在mathscript模块中，设像素块大小为unit，随机矩阵行数为row，列数为column，生成大小为(row/unit)*(column/unit)的随机矩阵mod和两个大小为unit*unit的随机矩阵，该两个大小为unit*unit的随机矩阵中，设一个随机矩阵为combine，矩阵元素为0到1之间的随机数，另一个随机矩阵为ones，矩阵元素全为1。随机矩阵mod的矩阵元素为0到1之间的随机数，将随机矩阵mod内的元素四舍五入取整数值，使其变为二值随机矩阵。
2.使combine分别与mod矩阵每个元素相乘，此时得到大小为row*column的随机矩阵slm，矩阵中像素块大小为unit且像素块为随机矩阵combine和黑色像素块；
使ones分别与(1-mod)矩阵每个元素相乘，此时得到大小为row*column的随机矩阵slmsave，矩阵中像素块大小为unit且像素块为白色像素块和黑色像素块，slm中随机矩阵combine对应slmsave中黑色像素块，slm中随机矩阵黑色像素块对应slmsave中白色像素块。
使矩阵slm与矩阵slmsave相加后，得到随机矩阵slm2，矩阵中像素块大小为unit且像素块为随机矩阵combine和白色像素块，此时slm2中随机矩阵combine对应slmsave中黑色像素块，slm2中随机矩阵白色像素块对应slmsave中白色像素块，slm2中随机矩阵combine用于空间光调制器显示黑色像素块。
3.mathscript模块生成的随机矩阵slm2位于屏幕中间，即设电脑屏幕行数为height，电脑屏幕列数为length，x＝(height-row)/2，y＝(length-column)/2，生成大小为height*length的矩阵com，矩阵元素全为1，将矩阵slm2纵坐标放在矩阵com的(x+1)到(height-x)之间，将矩阵slm2横坐标放在矩阵com的(y+1)到(length-y)之间，使矩阵slm2位于矩阵com的中间，得到矩阵slmshow，将矩阵slmshow和矩阵slmsave内元素乘以255成为8位灰度图像矩阵。
4.在vision模块中，将矩阵slmshow输入控件IMAG ArrayToColorImage中，输出矩阵slmshow对应的彩色图像，将彩色图像输入控件IMAGExtractSingleColorPlane中输出矩阵slmshow对应的8位灰度图像，将8位灰度图像输入控件IMAG WindowDraw进行全屏显示。
5.此时空间光调制器将包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，在DAQ模块中，提供相机高电平使相机处于高电平状态，相机拍照采集物光信息图片，采集完成后提供相机低电平使相机处于低电平状态，相机停止拍照。
6.采集完物光信息图片后，在保存模块中，将矩阵slmsave输入控件IMAQwrite File使其保存在电脑中，设样本数为N，若保存的图像数未达到N，则重复操作上述驱动过程步骤1到步骤6，若已达到样本数N则结束。
在步骤6中重复操作以及参考光信息图像的保存：计算式鬼成像重建图像运算需要样本数为N的物光图像和参考光图像，所以基于labview的计算式鬼成像驱动方法需要以样本数为循环条件进行循环操作，在保存参考光信息图像的时候，将当前样本数作为文件名进行保存，在相机保存物光图像的时候会自动对图像进行计数，这样参考光图像和物光图像实验数据便保持了一致性。
实施例
本发明基于labview的计算式鬼成像驱动方法，包括以下步骤：
(1)结合图1流程图进行说明，基于labview的计算式鬼成像驱动方法采用顺序结构，第一层为mathscript模块和vision模块，采用计时控件使第一层耗时50ms，在mathscript模块中，设像素块大小为10，随机矩阵行数为200，列数为400，生成两个大小为10*10的随机矩阵，设一个矩阵为combine，矩阵元素为0到1之间的随机数，另一个矩阵为ones，矩阵元素全为1，生成大小为20*40的随机矩阵mod，矩阵元素为0到1之间的随机数，将随机矩阵mod内的元素四舍五入取整数值，使其变为二值随机矩阵；
(2)使combine分别与mod矩阵每个元素相乘，此时得到大小为200*400的随机矩阵slm，矩阵中像素块大小为10且像素块为随机矩阵combine和黑色像素块，使ones分别与(1-mod)矩阵每个元素相乘，此时得到大小为200*400的随机矩阵slmsave，矩阵中像素块大小为10且像素块为白色像素块和黑色像素块，slm中随机矩阵combine对应slmsave中黑色像素块，slm中随机矩阵黑色像素块对应slmsave中白色像素块，使矩阵slm与矩阵slmsave相加后，得到随机矩阵slm2，矩阵中像素块大小为10且像素块为随机矩阵combine和白色像素块，此时slm2中随机矩阵combine对应slmsave中黑色像素块，slm2中随机矩阵白色像素块对应slmsave中白色像素块，slm2中随机矩阵combine用于空间光调制器显示黑色像素块，slm2矩阵和slmsave矩阵如图2(a)、图2(b)所示；
(3)设电脑屏幕行数为768，电脑屏幕列数为1024，x＝284，y＝312，生成大小为768*1024的矩阵com，矩阵元素全为1，将矩阵slm2纵坐标放在矩阵com的285到484之间，将矩阵slm2横坐标放在矩阵com的313到712之间，使矩阵slm2位于矩阵com的中间，得到矩阵slmshow，将矩阵slmshow和矩阵slmsave内元素乘以255成为8位灰度图像矩阵；
(4)在vision模块中，将矩阵slmshow输入控件IMAG ArrayToColorImage中，输出矩阵slmshow对应的彩色图像，将彩色图像输入控件IMAGExtractSingleColorPlane中输出矩阵slmshow对应的8位灰度图像，将8位灰度图像输入控件IMAG WindowDraw进行全屏显示，slmshow对应的8位灰度图像如图3所示；
(5)此时空间光调制器将包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，第二层和第三层都为DAQ模块，在第二层DAQ模块给相机提供高电平使相机处于高电平状态，相机拍照采集物光信息图片，采用计时控件使第二层耗时5ms，采集完成后在第三层DAQ模块给相机提供低电平使相机处于低电平状态，相机停止拍照；
(6)第四层为保存模块，采集完物光信息图片后，在保存模块中，将矩阵slmsave输入控件IMAQ write File使其保存在电脑中，采用计时控件使第四层耗时5ms，以样本数为循环条件进行循环操作，设样本数为1000，若保存的图像数未达到1000，则重复(1)到(6)，若已达到，则方法结束。顺序结构时序图如图4所示。在保存参考光信息图像的时候，将当前样本数作为文件名进行保存，在相机保存物光图像的时候会自动对图像进行计数，这样参考光图像和物光图像实验数据便保持了一致性，参考光图片和物光图片如图5(a)、图5(b)所示。
Claims (7)
1.一种基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于由mathscript模块、vision模块、DAQ模块、保存模块采用顺序结构布置为四层，第一层为mathscript模块和vision模块，第二层和第三层都为DAQ模块，在第二层DAQ模块给相机提供高电平，在第三层DAQ模块给相机提供低电平；第四层为保存模块；由mathscript模块生成具有一定像素块大小的随机矩阵，通过vision模块用来将随机矩阵转化为灰度图像并全屏显示，此时空间光调制器将包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，DAQ模块便提供相机高电平触发，使相机拍下包含物光信息的图片，保存模块用来保存参考光图片。
2.根据权利要求1所述的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于在mathscript模块中，设像素块大小为unit，随机矩阵行数为row，列数为column，生成大小为(row/unit)*(column/unit)的随机矩阵mod和两个大小为unit*unit的随机矩阵，该两个大小为unit*unit的随机矩阵中，设一个随机矩阵为combine，矩阵元素为0到1之间的随机数，另一个随机矩阵为ones，矩阵元素全为1；随机矩阵mod的矩阵元素为0到1之间的随机数，将随机矩阵mod内的元素四舍五入取整数值，使其变为二值随机矩阵；
使combine分别与mod矩阵每个元素相乘，此时得到大小为row*column的随机矩阵slm，矩阵中像素块大小为unit且像素块为随机矩阵combine和黑色像素块；
使ones分别与(1-mod)矩阵每个元素相乘，此时得到大小为row*column的随机矩阵slmsave，矩阵中像素块大小为unit且像素块为白色像素块和黑色像素块，slm中随机矩阵combine对应slmsave中黑色像素块，slm中随机矩阵黑色像素块对应slmsave中白色像素块，使矩阵slm与矩阵slmsave相加后，得到随机矩阵slm2，矩阵中像素块大小为unit且像素块为随机矩阵combine和白色像素块，此时slm2中随机矩阵combine对应slmsave中黑色像素块，slm2中随机矩阵白色像素块对应slmsave中白色像素块，slm2中随机矩阵combine用于空间光调制器显示黑色像素块。
3.根据权利要求1所述的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于mathscript模块生成的随机矩阵slm2位于屏幕中间，即设电脑屏幕行数为height，电脑屏幕列数为length，x＝(height-row)/2，y＝(length-column)/2，生成大小为height*length的矩阵com，矩阵元素全为1，将矩阵slm2纵坐标放在矩阵com的(x+1)到(height-x)之间，将矩阵slm2横坐标放在矩阵com的(y+1)到(length-y)之间，使矩阵slm2位于矩阵com的中间，得到矩阵slmshow，将矩阵slmshow和矩阵slmsave内元素乘以255成为8位灰度图像矩阵。
4.根据权利要求1所述的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于在vision模块中，将矩阵slmshow输入控件IMAG ArrayToColorImage中，输出矩阵slmshow对应的彩色图像，将彩色图像输入控件IMAGExtractSingleColorPlane中输出矩阵slmshow对应的8位灰度图像，将8位灰度图像输入控件IMAG WindowDraw进行全屏显示。
5.根据权利要求1所述的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于空间光调制器包含参考光信息的光源照射物体对象，形成物光信息的光源，在DAQ模块中，提供相机高电平使相机处于高电平状态，相机拍照采集物光信息图片，采集完成后提供相机低电平使相机处于低电平状态，相机停止拍照。
6.根据权利要求1所述的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于采集完物光信息图片后，在保存模块中，将矩阵slmsave输入控件IMAQ writeFile使其保存在电脑中，设样本数为N，若保存的图像数未达到N，则重复操作驱动的过程，若已达到样本数则结束。
7.根据权利要求6所述的基于labview的计算式鬼成像驱动方法，其特征在于重复操作以及参考光信息图像的保存：计算式鬼成像重建图像运算需要样本数为N的物光图像和参考光图像，需要以样本数为循环条件进行循环操作，在保存参考光信息图像的时候，将当前样本数作为文件名进行保存，在相机保存物光图像的时候会自动对图像进行计数，这样参考光图像和物光图像实验数据便保持了一致性。
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