CN107976687A - 基于符合测量的红外成像方法及系统 - Google Patents
基于符合测量的红外成像方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于符合测量的红外成像方法及系统，所述方法包括：在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体不在所述参考光路中；对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体的图像成像信息。本发明解决传统红外成像技术中存在抗干扰性差、成像设备昂贵的问题。
Description
技术领域
本发明涉及成像技术领域，特别是涉及一种基于符合测量的红外成像方法及系统。
背景技术
红外成像技术是七十年代发展起来的一种先进的光学成像方法，为解决光学复杂环境下的成像问题提供了一种比较高效的途径。随着计算机技术和网络技术的快速发展，红外成像技术已经广泛用于人们的日常生活中，例如道路交通路面上的夜视红外成像监控仪能够较好地记录人们在夜间的行车踪迹，帮助交警还原一些重要性的具有争议性的交通事故现场。
红外成像技术的另一个重要应用方向就是用于远距离的遥感成像。由于遥感图像的拍摄要经过一些复杂的光学环境，例如颗粒介质、大气湍流、烟雾等，而红外光源的穿透能力较强，因此红外成像技术正好能够在一定程度上克服上述外界扰动对图像质量的影响。
但目前的红外成像技术还存在以下不足：一方面，虽然红外光源的穿透能力相对于普通光源要强，但由于采用的仍然是传统的面探测器技术，其成像质量会随着外界的扰动强度的增加而明显下降，因此，红外成像技术在远距离的复杂光学环境下很难清晰地拍摄到高清物体图像信息。另一方面，红外光学器件的制造成本远高于普通光学器件，例如红外面探测器的生产成本就是同等像素普通面探测器的二十倍左右，因此，为了进一步促进红外成像技术的广泛应用，其制造成本有待进一步降低。
发明内容
为此，本发明的一个目的在于提出一种抗干扰性强、制造成本低的基于符合测量的红外成像方法。
一种基于符合测量的红外成像方法，包括：
在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体不在所述参考光路中；
对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体的图像成像信息。
根据本发明提供的基于符合测量的红外成像方法，由于在对目标物体的成像过程中引入了符合算法和仅使用单像素红外探测器，当目标物体处于复杂光学环境时，物体光场可能已经完成被打散了，这时传统红外成像技术已经无法获得物体的图像信息，但单像素红外探测器只需要收集打散后的任一点光场信息就可以通过符合运算来高清再现物体的图像，因此，该方法具有很好的抗干扰能力。另外，基于符合测量的红外成像系统结构简单，其制造成本远低于传统的红外成像仪，例如单像素红外探测器的生产成本远低于红外面探测器，最后符合测量过程将一个二维或三维物体信息转换成一维的点信息，在图像的数据采集和传输负担方面也明显减少了。
另外，根据本发明上述实施例的基于符合测量的红外成像方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息的步骤中，采用以下公式获取所述参考光路信息
其中，a为与所述参考光路的传播距离相关的参数，n为随机分布光源产生的重复次数。
进一步地，所述在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息的步骤中，采用以下公式计算所述物光路信息
其中，T(x,y)表示所述目标物体。
进一步地，所述对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算的步骤中，采用以下公式计算所述目标物体的图像成像信息G(x,y)：
进一步地，所述单像素红外探测器为无空间分辨能力的单像素红外探测器。
本发明的另一个目的在于提出一种抗干扰性强、制造成本低的基于符合测量的红外成像系统。
一种基于符合测量的红外成像系统，包括：包括红外光源提供装置、单像素红外探测器、参考光路触发装置和目标物体，所述单像素红外探测器位于所述红外光源提供装置与所述目标物体之间，所述红外光源提供装置用于向所述目标物体发射红外光，所述单像素红外探测器用于接收经所述目标物体反射的红外光，所述参考光路触发装置用于对所述红外光源提供装置进行设置以获得参考光路，所述系统还包括：
数据采集模块，用于在物光路中利用所述单像素红外探测器收集经所述目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在所述参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体不在所述参考光路中；
符合运算模块，用于对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体的图像成像信息。
上述基于符合测量的红外成像系统，其中，所述数据采集模块用于采用以下公式获取所述参考光路信息
其中，a为与所述参考光路的传播距离相关的参数，n为随机分布光源产生的重复次数。
上述基于符合测量的红外成像系统，其中，所述数据采集模块用于采用以下公式计算所述物光路信息
其中，T(x,y)表示所述目标物体。
上述基于符合测量的红外成像系统，其中，所述符合运算模块用于采用以下公式计算所述目标物体的图像成像信息G(x,y)：
上述基于符合测量的红外成像系统，其中，所述单像素红外探测器为无空间分辨能力的单像素红外探测器。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明第一实施例的基于符合测量的红外成像方法的流程图；
图2是图1的方法中参考光路的红外光源的随机分布图；
图3为采用图1的方法对某目标物体采样一万次后的符合测量结果；
图4是根据本发明第二实施例的基于符合测量的红外成像系统的结果框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一实施例提供的基于符合测量的红外成像方法，包括：
S101，在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体不在所述参考光路中；
其中，本实施例提供的方法是基于符合测量的红外成像方法，符合测量技术是一种依靠两条同源光路的相关特性来获取目标物体图像信息的方法，两个光路分别为物光路和参考光路，所述物光路和所述参考光路为同源光场，即由同一个红外光源提供装置提供红外光源，红外光源提供装置例如是投影仪，实现成本较低，且物光路和参考光路相关独立。
具体实施时，物光路中放置了目标物体和单像素红外探测器，其中，单像素红外探测器具体为无空间分辨能力的单像素红外探测器，参考光路会经自由空间传播到达一个高清面探测器上，目标物体不在该参考光路中，实际应用中，参考光路的强度分布可通过使用计算机对投影仪进行设置，通过简单的计算方式得到，例如采用衍射积分公式计算。
作为一个具体示例，在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息的步骤中，具体可以采用以下公式获取所述参考光路信息
其中，a为与所述参考光路的传播距离相关的参数，参数a会随时参考光路的传播距离的变化而变化，具体可以为线性变化，n为随机分布光源产生的重复次数。
在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息的步骤中，具体可以采用以下公式计算所述物光路信息
其中，T(x,y)表示所述目标物体。
符合测量过程中的物光路和参考光路需要同步进行，才能通过符合运算有效地恢复目标物体的图像信息。
S102，对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体的图像成像信息。
其中，通过将物光路中单像素红外探测器所测量得到的总强度信息与参考光路上面探测器获得的光强分布信息进行符合运算，即可获得目标物体的全部图像信息。
作为一个具体示例，可以采用以下公式计算所述目标物体的图像成像信息G(x,y)：
其中，G(x,y)具体可以是目标物体成像的像素值。当参考光路的传播距离与光源到目标物体之间的距离相等时，通过上述符合测量便可实现物体图像的再现。需要指出的是，物光路和参考光路中，其中任一单光路都看不到物体的任何信息。
通常，随机光源的重复次数大约需要一万次(即n＝10000)，便可实现目标物体的高清图像再现，请参阅2和图3，采用本实施例提供的方法都某目标物体进行实际的成像，图2为即参考光路中红外光源的随机分布图；图3对某目标物体采样一万次(即n＝10000)后的符合测量结果，可以看到，采用本实施例提供的方法，能够对目标物体的图像实现高清再现。
根据本实施例提供的基于符合测量的红外成像方法，由于在对目标物体的成像过程中引入了符合算法和仅使用单像素红外探测器，当目标物体处于复杂光学环境时，物体光场可能已经完成被打散了，这时传统红外成像技术已经无法获得物体的图像信息，但单像素红外探测器只需要收集打散后的任一点光场信息就可以通过符合运算来高清再现物体的图像，因此，该方法具有很好的抗干扰能力。另外，基于符合测量的红外成像系统结构简单，其制造成本远低于传统的红外成像仪，例如单像素红外探测器的生产成本远低于红外面探测器，最后符合测量过程将一个二维或三维物体信息转换成一维的点信息，在图像的数据采集和传输负担方面也明显减少了。
请参阅图4，本发明第二实施例提供的基于符合测量的红外成像系统，包括红外光源提供装置10、单像素红外探测器20、参考光路触发装置30和目标物体40，所述单像素红外探测器20位于所述红外光源提供装置10与所述目标物体40之间，其中，红外光源提供装置10例如是投影仪，所述红外光源提供装置10外设有红外成像仪的外壳101，其上有各种数据接口，用于数据的传递；所述单像素红外探测器20具体为无空间分辨能力的单像素红外探测器，所述参考光路触发装置30例如是计算机，通过使用计算机对投影仪进行设置，通过简单的计算方式，例如采用衍射积分公式计算得到参考光路的强度分布。
所述红外光源提供装置10用于向所述目标物体40发射红外光，所述单像素红外探测器20用于接收经所述目标物体40反射的红外光，所述参考光路触发装置30用于对所述红外光源提供装置10进行设置以获得参考光路，所述系统还包括：
数据采集模块50，用于在物光路中利用所述单像素红外探测器20收集经所述目标物体40反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在所述参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体40不在所述参考光路中；
其中，物光路和参考光路为同源光场，即均有红外光源提供装置10提供红外光源，所述数据采集模块50具体可以采用以下公式获取所述参考光路信息
其中，a为与所述参考光路的传播距离相关的参数，参数a会随时参考光路的传播距离的变化而变化，具体可以为线性变化，n为随机分布光源产生的重复次数。
所述数据采集模块50具体可以采用以下公式计算所述物光路信息It(n)；
其中，T(x,y)表示所述目标物体。
符合测量过程中的物光路和参考光路需要同步进行，才能通过符合运算有效地恢复目标物体的图像信息。
符合运算模块60，用于对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体40的图像成像信息。
其中，通过符合运算模块60将物光路中单像素红外探测器20所测量得到的总强度信息与参考光路上面探测器获得的光强分布信息进行符合运算，即可获得目标物体的全部图像信息。
所述符合运算模块60具体可以采用以下公式计算所述目标物体的图像成像信息G(x,y)：
其中，G(x,y)具体可以是目标物体成像的像素值。当参考光路的传播距离与光源到目标物体之间的距离相等时，通过上述符合测量便可实现物体图像的再现。需要指出的是，物光路和参考光路中，其中任一单光路都看不到物体的任何信息。通常，随机光源的重复次数大约需要一万次(即n＝10000)，便可实现目标物体的高清图像再现。
本发明实施例提出的基于符合测量的红外成像系统的技术特征和技术效果与本发明实施例提出的方法相同，在此不予赘述。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于符合测量的红外成像方法，其特征在于，包括：
在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体不在所述参考光路中；
对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体的图像成像信息。
2.根据权利要求1所述的基于符合测量的红外成像方法，其特征在于，所述在参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息的步骤中，采用以下公式获取所述参考光路信息
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其中，a为与所述参考光路的传播距离相关的参数，n为随机分布光源产生的重复次数。
3.根据权利要求2所述的基于符合测量的红外成像方法，其特征在于，所述在物光路中利用单像素红外探测器收集经目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息的步骤中，采用以下公式计算所述物光路信息
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其中，T(x,y)表示所述目标物体。
4.根据权利要求3所述的基于符合测量的红外成像方法，其特征在于，所述对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算的步骤中，采用以下公式计算所述目标物体的图像成像信息G(x,y)：
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5.根据权利要求1所述的基于符合测量的红外成像方法，其特征在于，所述单像素红外探测器为无空间分辨能力的单像素红外探测器。
6.一种基于符合测量的红外成像系统，其特征在于，包括红外光源提供装置、单像素红外探测器、参考光路触发装置和目标物体，所述单像素红外探测器位于所述红外光源提供装置与所述目标物体之间，所述红外光源提供装置用于向所述目标物体发射红外光，所述单像素红外探测器用于接收经所述目标物体反射的红外光，所述参考光路触发装置用于对所述红外光源提供装置进行设置以获得参考光路，所述系统还包括：
数据采集模块，用于在物光路中利用所述单像素红外探测器收集经所述目标物体反射后的任一点光场强度并作为物光路信息，同时在所述参考光路中利用随机分布光源获取参考光路信息，所述物光路和所述参考光路为同源光场，且相关独立，所述目标物体不在所述参考光路中；
符合运算模块，用于对所述物光路信息与所述参考光路信息的强度涨落进行符合运算，以获得所述目标物体的图像成像信息。
7.根据权利要求6所述的基于符合测量的红外成像系统，其特征在于，所述数据采集模块用于采用以下公式获取所述参考光路信息
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其中，a为与所述参考光路的传播距离相关的参数，n为随机分布光源产生的重复次数。
8.根据权利要求7所述的基于符合测量的红外成像系统，其特征在于，所述数据采集模块用于采用以下公式计算所述物光路信息
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其中，T(x,y)表示所述目标物体。
9.根据权利要求8所述的基于符合测量的红外成像系统，其特征在于，所述符合运算模块用于采用以下公式计算所述目标物体的图像成像信息G(x,y)：
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10.根据权利要求6所述的基于符合测量的红外成像系统，其特征在于，所述单像素红外探测器为无空间分辨能力的单像素红外探测器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711019585.1A CN107976687A (zh) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 基于符合测量的红外成像方法及系统 |
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| CN201711019585.1A CN107976687A (zh) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 基于符合测量的红外成像方法及系统 |
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| CN107976687A true CN107976687A (zh) | 2018-05-01 |
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| CN201711019585.1A Pending CN107976687A (zh) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 基于符合测量的红外成像方法及系统 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109640006A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-16 | 北京航天控制仪器研究所 | 一种基于空间光调制的红外单像素成像装置和成像方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102501978A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-06-20 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 利用量子纠缠态光实现全天候飞机着陆或着舰的方法及系统 |
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2017
- 2017-10-27 CN CN201711019585.1A patent/CN107976687A/zh active Pending
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