CN108981782A - 一种利用手机实现计算关联成像的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种利用手机实现计算关联成像的方法，属于光学成像应用领域，该方法手机内部的计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；散斑图处理模块生成散斑图，散斑图显示到LCD屏幕上，该散斑图通过LCD屏幕照射到目标物体；散斑图显示到LCD屏幕上时计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；光强信号探测和成像模块调用前置摄像头探测目标物体反射回来的散斑图像；光强信号探测和成像模块将LCD屏幕照射到目标物体的散斑图与前置摄像头获得的散斑图像数据进行关联计算；通过关联计算，重构出目标物体的图像，并显示到LCD屏幕上。本发明通过计算关联成像技术与手机成像设备的紧密结合，提高了移动设备在特殊环境下的成像效果。

Description

一种利用手机实现计算关联成像的方法
技术领域
本发明属于光学成像应用领域，尤其是涉及一种利用手机实现计算关联成像的方法。
背景技术
关联成像也称为鬼成像，是近年来新兴的一种光学成像技术。传统的光学成像方案一般是通过探测器直接记录经过目标物体后反射或者透射光的强度，利用光场的强度和相位获得关于目标物体的信息，即利用光场的一阶关联性质成像，因而成像探测与物体不可分离；与传统成像方式不同，关联成像不直接利用物体反射或者透射的光信息成像，而是利用光场的高阶关联特性对物体进行成像，即利用光场的涨落关联获得关于物体的信息。
关联成像系统一般采用两个探测器在物臂和参考臂分别对光场进行测量，其中通过物体所在的物臂端测量得到总光强信号，在没有物体的参考臂端测量得到散斑场，然后进行关联运算重构出目标物体的像。改进后的关联成像系统可以利用计算机直接计算出光场的空间信息，从而使系统简化为仅靠一个没有空间分辨能力的桶探测器即可重构目标物体信息，一般称为计算关联成像。
相比于传统光学成像方式，关联成像具有抗湍流干扰，探测与成像分离，无需透镜和复杂环境条件下成像等优点，因此引起研究人员的广泛关注，在军事、天文、光学加密、医学成像领域都具有的应用价值和研究意义。
现有的移动设备存在弱光、背光下自拍成像质量差的问题。
发明内容
鉴于移动设备在弱光、背光下自拍成像质量差的问题，本发明的目的在于提出一种利用手机实现计算关联成像的方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种利用手机实现计算关联成像的方法，其特征是：该方法基于的计算关联成像系统包含手机及其内部的计算关联成像应用程序，
所述手机包含LCD屏幕、前置摄像头及SD存储卡，LCD屏幕作为发射源，用来发射由散斑图生成单元产生的随机散斑图；前置摄像头作为计算关联成像系统的桶探测器，用来探测由目标物体反射回来的散斑图像；SD存储卡安装在手机中；
所述计算关联成像应用程序包括散斑图处理模块及光强信号探测和成像模块，散斑图处理模块包括散斑图生成单元、散斑图存储单元、散斑图读取单元及散斑图发送单元，散斑图生成单元用于产生随机二进制流形成的规格为64pixel*64pixel的散斑图；散斑图存储单元用于将散斑图生成单元生成的散斑图存储到SD存储卡中；散斑图读取单元用于从SD存储卡中读取散斑图；散斑图发送单元用于将散斑图读取单元从SD存储卡读取的散斑图显示到LCD屏幕上，并将散斑图照射到目标物体上；
所述光强信号探测和成像模块用于触发前置摄像头探测由目标物体反射回来的散斑图像，记录目标物体的二维数据，累加二维数据并与对应的散斑图进行关联计算，得到目标物体重构图像；
所述方法的具体流程步骤如下：
1)用户向手机的Android操作系统发送启动计算关联成像应用程序指令；
2)计算关联成像应用程序接收启动命令，执行启动操作，同时计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；
3)散斑图处理模块中的散斑图生成单元生成规格为64pixel*64pixel的散斑图；
4)散斑图处理模块中的散斑图存储单元将散斑图生成单元生成的散斑图存储到SD存储卡中；
5)散斑图处理模块中的散斑图读取单元依次读取存储在SD存储卡中的散斑图；
6)散斑图处理模块中散斑图发送单元将散斑图读取单元读取到的散斑图显示到LCD屏幕上，该散斑图通过LCD屏幕照射到目标物体；
7)散斑图显示到LCD屏幕上时计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；
8)光强信号探测和成像模块调用前置摄像头探测目标物体反射回来的散斑图像；
9)光强信号探测和成像模块将LCD屏幕照射到目标物体的散斑图与前置摄像头获得的散斑图像数据进行关联计算；
10)通过关联计算，重构出目标物体的图像，并显示到LCD屏幕上。
其中，所述散斑图处理模块具体工作流程如下：
1)计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；
2)散斑图处理模块申请SD存储卡的读取和写入权限；
3)散斑图处理模块中的散斑图生成单元随机产生1000组二进制流；
4)散斑图生成单元将1000组二进制流转换成1000张规格为64pixel*64pixel的散斑图；
5)散斑图存储单元判断SD存储卡是否存在，如果存在，则6)；否则提示用户插入SD存储卡；
6)散斑图存储单元将散斑图存储到SD存储卡中；
7)散斑图读取单元获取SD存储卡的绝对路径，每隔预定时间间隔读取一张散斑图；
8)散斑图发送单元将散斑图显示到LCD屏幕上，并照射到目标物体上。
所述预定时间间隔为20ms。
其中，所述光强信号探测和成像模块具体工作流程如下：
1)计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；
2)光强信号探测和成像模块获取散斑图发送单元显示第m张散斑图的光强信号I(m)(x,y)；
3)光强信号探测和成像模块根据获取光强信号I(m)(x,y)触发前置摄像头进行拍摄记录光电信号，前置摄像头得到第m次探测的二维数据，该二维数据表示为O(m)(x,y)；
4)光强信号探测和成像模块将前置摄像头记录的二维数据O(m)(x,y)进行累加得到第m次单张散斑图的最终探测结果，即总光强B(m)，总光强B(m)的表达式为B(m)＝∑∑O(m)(x,y)；
5)光强信号探测和成像模块调取散斑图的光强信号I(m)(x,y)与探测结果即总光强B(m)进行关联计算以获取目标物体的重构图像G(x,y)，G(x,y)关系式为G(x,y)＝<I(m)(x,y)·B(m)>-<I(m)(x,y)><B(m)>，其中表示加权平均；
6)光强信号探测和成像模块将获取的重构图像G(x,y)显示到LCD屏幕上。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明通过计算关联成像技术与手机成像设备的紧密结合，提高了移动设备在特殊环境下的成像效果。
附图说明
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种利用手机实现计算关联成像的方法实施示意图。
图2为本发明一种利用手机实现计算关联成像的方法流程图。
图3为本发明之手机实现计算关联成像方法的散斑图处理模块工作流程图。
图4为本发明之手机实现计算关联成像方法的光强信号探测和成像模块工作流程图。
图中：1-手机，2-LCD屏幕，3-前置摄像头，4-目标物体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
参照图1所示，本发明提出了一种利用手机实现计算关联成像的方法，该方法基于的计算关联成像系统包含手机及其内部的计算关联成像应用程序，
所述手机1包含LCD屏幕2、前置摄像头3及SD存储卡，LCD屏幕2作为发射源，用来发射由散斑图生成单元产生的随机散斑图；前置摄像头3作为计算关联成像系统的桶探测器，用来探测由目标物体4反射回来的散斑图像；SD存储卡安装在手机1中；
计算关联成像应用程序包括散斑图处理模块及光强信号探测和成像模块，
散斑图处理模块：散斑图处理模块包括散斑图生成单元、散斑图存储单元、散斑图读取单元及散斑图发送单元，散斑图生成单元用于产生1000张随机二进制流形成的规格为64pixel*64pixel的散斑图；散斑图存储单元用于将1000张散斑图存储到SD存储卡中；散斑图读取单元用于从SD存储卡中读取散斑图；散斑图发送单元用于将散斑图读取单元从SD存储卡读取的散斑图显示到LCD屏幕2上，每隔20ms切换一张散斑图照射到目标物体4上。
光强信号探测和成像模块：散斑图显示到LCD屏幕2上时光强信号探测和成像模块触发前置摄像头3进行拍摄记录光电信号实现对目标物体4的测量。在20ms后，对前置摄像头3测量的二维数据进行数值累加成一个值，并存储到SD存储卡。同时进行下一次测量，依次进行直至所有散斑图照射结束。要求每一次前置摄像头3测量的结果与每一张散斑图一一对应，达到显示与探测同步。最后利用探测结果与随机散斑图进行关联计算，得到目标物体4的重构图像。
一种利用手机实现计算关联成像的方法流程图，如图2所示，所述方法的具体流程步骤如下：
1)用户向手机1的Android操作系统发送启动计算关联成像应用程序指令；
2)计算关联成像应用程序接收启动命令，执行启动操作，同时计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；
3)散斑图处理模块中的散斑图生成单元生成1000张规格为64pixel*64pixel的散斑图；
4)散斑图处理模块中的散斑图存储单元将1000张散斑图存储到SD存储卡中；
5)散斑图处理模块中的散斑图读取单元依次读取存储在SD存储卡中散斑图；
6)散斑图处理模块中散斑图发送单元将散斑图读取单元读取到的散斑图显示到LCD屏幕2上，通过LCD屏幕2的光亮，照射到目标物体4；
7)散斑图显示到LCD屏幕2上时计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；
8)光强信号探测和成像模块调用前置摄像头3，探测目标物体4反射回来的散斑图像；
9)光强信号探测和成像模块将LCD屏幕2照射到目标物体4的散斑图与前置摄像头3获得的散斑图像数据进行关联计算；
10)通过1000次关联计算，重构出目标物体4的图像，显示到LCD屏幕2上。
一种利用手机实现计算关联成像方法的散斑图处理模块工作流程图，如图3所示，所述方法的具体协议步骤如下：
1)计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；
2)申请SD存储卡的读取和写入权限；
3)散斑图生成单元随机产生1000组二进制流；
4)散斑图生成单元将1000组二进制流转换成1000张规格为64pixel*64pixel散斑图；
5)散斑图存储单元判断SD存储卡是否存在，如果存在，则7)；否则提示用户插入SD存储卡；
6)散斑图存储单元将散斑图存储到SD存储卡中；
7)散斑图读取单元获取SD存储卡的绝对路径，每隔20ms读取一张散斑图；
8)散斑图发送单元将散斑图显示到LCD屏幕2上，照射到目标物体4。
手机实现计算关联成像方法的光强信号探测和成像模块工作流程图，如图4所示，所述方法的具体协议步骤如下：
1)计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；
2)光强信号探测和成像模块获取散斑图发送单元显示第m张散斑图的光强信号I(m)(x,y)；
3)光强信号探测和成像模块根据获取光强信号I(m)(x,y)触发前置摄像头3进行拍摄记录光电信号，前置摄像头3得到第m次探测的二维数据表示为O(m)(x,y)；
4)光强信号探测和成像模块将前置摄像头3记录的二维数据O(m)(x,y)进行累加得到第m次单张散斑图的最终探测结果，即总光强B(m)，总光强B(m)的表达式为B(m)＝∑∑O(m)(x,y)；
5)光强信号探测和成像模块调取散斑图的光强信号I(m)(x,y)与探测结果即总光强B(m)进行关联计算以获取目标物体4的重构图像G(x,y)，G(x,y)关系式为G(x,y)＝<I(m)(x,y)·B(m)>-<I(m)(x,y)><B(m)>，其中表示加权平均；
6)光强信号探测和成像模块将获取的重构图像G(x,y)显示到LCD屏幕2上。

Claims (4)

1.一种利用手机实现计算关联成像的方法，其特征是：该方法基于的计算关联成像系统包含手机(1)及其内部的计算关联成像应用程序，
所述手机(1)包含LCD屏幕(2)、前置摄像头(3)及SD存储卡，LCD屏幕(2)作为发射源，用来发射由散斑图生成单元产生的随机散斑图；前置摄像头(3)作为计算关联成像系统的桶探测器，用来探测由目标物体(4)反射回来的散斑图像；SD存储卡安装在手机(1)中；
所述计算关联成像应用程序包括散斑图处理模块及光强信号探测和成像模块，散斑图处理模块包括散斑图生成单元、散斑图存储单元、散斑图读取单元及散斑图发送单元，散斑图生成单元用于产生随机二进制流形成的规格为64pixel*64pixel的散斑图；散斑图存储单元用于将散斑图生成单元生成的散斑图存储到SD存储卡中；散斑图读取单元用于从SD存储卡中读取散斑图；散斑图发送单元用于将散斑图读取单元从SD存储卡读取的散斑图显示到LCD屏幕(2)上，并将散斑图照射到目标物体(4)上；
所述光强信号探测和成像模块用于触发前置摄像头(3)探测由目标物体(4)反射回来的散斑图像，记录目标物体(4)的二维数据，累加二维数据并与对应的散斑图进行关联计算，得到目标物体(4)重构图像；
所述方法的具体流程步骤如下：
1)用户向手机(1)的Android操作系统发送启动计算关联成像应用程序指令；
2)计算关联成像应用程序接收启动命令，执行启动操作，同时计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；
3)散斑图处理模块中的散斑图生成单元生成规格为64pixel*64pixel的散斑图；
4)散斑图处理模块中的散斑图存储单元将散斑图生成单元生成的散斑图存储到SD存储卡中；
5)散斑图处理模块中的散斑图读取单元依次读取存储在SD存储卡中的散斑图；
6)散斑图处理模块中散斑图发送单元将散斑图读取单元读取到的散斑图显示到LCD屏幕(2)上，该散斑图通过LCD屏幕(2)照射到目标物体(4)；
7)散斑图显示到LCD屏幕(2)上时计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；
8)光强信号探测和成像模块调用前置摄像头(3)探测目标物体(4)反射回来的散斑图像；
9)光强信号探测和成像模块将LCD屏幕(2)照射到目标物体(4)的散斑图与前置摄像头(3)获得的散斑图像数据进行关联计算；
10)通过关联计算，重构出目标物体(4)的图像，并显示到LCD屏幕(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种利用手机实现计算关联成像的方法，其特征是：所述散斑图处理模块具体工作流程如下：
1)计算关联成像应用程序启动散斑图处理模块；
2)散斑图处理模块申请SD存储卡的读取和写入权限；
3)散斑图处理模块中的散斑图生成单元随机产生1000组二进制流；
4)散斑图生成单元将1000组二进制流转换成1000张规格为64pixel*64pixel的散斑图；
5)散斑图存储单元判断SD存储卡是否存在，如果存在，则6)；否则提示用户插入SD存储卡；
6)散斑图存储单元将散斑图存储到SD存储卡中；
7)散斑图读取单元获取SD存储卡的绝对路径，每隔预定时间间隔读取一张散斑图；
8)散斑图发送单元将散斑图显示到LCD屏幕(2)上，并照射到目标物体(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种利用手机实现计算关联成像的方法，其特征是：所述预定时间间隔为20ms。
4.根据权利要求1所述的一种利用手机实现计算关联成像的方法，其特征是：所述光强信号探测和成像模块具体工作流程如下：
1)计算关联成像应用程序启动光强信号探测和成像模块；
2)光强信号探测和成像模块获取散斑图发送单元显示第m张散斑图的光强信号I(m)(x,y)；
3)光强信号探测和成像模块根据获取光强信号I(m)(x,y)触发前置摄像头(3)进行拍摄记录光电信号，前置摄像头(3)得到第m次探测的二维数据，该二维数据表示为O(m)(x,y)；
4)光强信号探测和成像模块将前置摄像头(3)记录的二维数据O(m)(x,y)进行累加得到第m次单张散斑图的最终探测结果，即总光强B(m)，总光强B(m)的表达式为B(m)＝∑∑O(m)(x,y)；
5)光强信号探测和成像模块调取散斑图的光强信号I(m)(x,y)与探测结果即总光强B(m)进行关联计算以获取目标物体(4)的重构图像G(x,y)，G(x,y)关系式为G(x,y)＝<I(m)(x,y)·B(m)>-<I(m)(x,y)><B(m)>，其中<>表示加权平均；
6)光强信号探测和成像模块将获取的重构图像G(x,y)显示到LCD屏幕(2)上。
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