CN113203687A - 一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明所提供的一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法及装置，所述方法包括：扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数；根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角；将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像。本发明通过对偏振光施加不同混合图像的相位分布，并结合空间频率复用，能够时实现复合相位的联合调控。

Description

一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法及装置
技术领域
本发明涉及微纳光学器件设计技术领域，尤其涉及的是一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法及装置。
背景技术
二维超构表面(以下简称超构表面)是近年来被广泛研究的人工光学材料，其通常由亚波长尺度的周期性谐振单元构成，是一种平面化的超构材料。
其中，超构表面对光波的波长和偏振敏感，因而可通过超构表面感知的波长和偏振信息以实现光学应用。目前，超构表面的特性能够实现对光场单一维度和多维度的独立调控和复用，若要实现对不同光场的调控和复用，则需基于超构表面构造不同的单元结构。
此种方式一方面存在空间范围的局限，另一方面由于单元结构的设计复杂度和加工难度，造成超构表面难以在光学方面广泛应用。
因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法及装置，旨在解决现有技术中的超构表面存在复用维度少及信息存储容量少的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其中，包括：
扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数；
根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角；
将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像。
进一步地，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数之后，还包括：
根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度。
进一步地，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数，包括：
基于水平方向偏振光和垂直方向偏振光分别扫描所述单元结构，得到目标混合图像及对应的所述扫描结构参数，所述扫描结构参数包括：水平相位分布和对应的水平透过率、垂直相位分布和对应的垂直透过率，所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布的范围为0-2π，所述垂直偏振光入射下的所述垂直相位分布的范围为0-2π。
进一步地，所述基于水平方向偏振光和垂直方向偏振光分别扫描所述单元结构，得到扫描结构参数之后，还包括：
从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合，所述半波条件参数包括：所述水平相位分布和垂直相位分布的相位差等于π。
进一步地，所述从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合之后，还包括：
将相位划分成8个相位梯度；
从所述半波参数集合中筛选出在各相位梯度中均具有最高透过率对应的单元结构并组成梯度参数集合。
进一步地，所述根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度，包括：
以所述梯度参数集合中的单元结构分别遍历所述目标混合图像对应的像素；
根据每个像素对应相位匹配对应的单元结构，得到每个像素对应的长度和宽度。
进一步地，所述根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角，包括：
根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
进一步地，所述根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角之后，还包括：
对所述目标混合图像分别进行高通滤波和低通滤波，分别得到具有空间高频率分量的高频图像和具有空间低频率分量的低频图像；
在傅里叶频域中对所述高频图像和所述低频图像进行混合叠加处理，得到混合叠加图像；
通过GS全息算法对所述混合叠加图像进行处理得到所述混合叠加图像的混合相位分布；
根据所述混合相位分布确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
进一步地，所述将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，在不同旋转方向的圆偏振光和不同滤波器下得到对应图像，包括：
根据所述传输相位的相位分布得到对应的单元结构的长和宽；
根据所述旋转角、所述单元结构的长和宽，在不同旋转方向的圆偏振光和不同滤波器下得到所述多维度图像。
本发明还提供一种基于复合相位超构表面的多维度成像装置，其特征在于，所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多维度成像程序，所述多维度成像程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法的步骤。
本发明所提供的一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法及装置，所述方法包括：扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数；根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角；将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像。本发明通过对偏振光施加不同混合图像的相位分布，并结合空间频率复用，能够时实现复合相位的联合调控。
附图说明
图1是本发明中基于复合相位超构表面的多维度成像方法的较佳实施例的流程图；
图2是本发明中纳米单元结构示意图；
图3是本发明中纳米单元二维阵列示意图；
图4是本发明中基于复合相位超构表面的多维度成像装置的结构示意图；
图5是本发明基于复合相位超构表面的多维度成像方法的较佳实施例中步骤S400的流程图；
图6是本发明基于复合相位超构表面的多维度成像方法的较佳实施例中步骤S200的流程图；
图7是本发明基于复合相位超构表面的多维度成像方法的较佳实施例中步骤S300的流程图；
图8是本发明中基于复合相位超构表面的多维度成像装置的较佳实施例的功能原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
首先，基于超构表面的性质及应用方面：超构表面是由亚波长尺度的周期性谐振单元构成的一种平面化超构材料。超构表面可以在二维平面内调控光场的相位、振幅、偏振等多种电磁参量，具有传统材料所不具备的电磁调控特性，以基于其电磁特性实现光学应用，比如重要的应用便是全息术。
超构表面按材料特性主要可以分成金属型和电介质型。金属型超构表面由于其欧姆损耗的存在，导致其调控效率较低，其理论上限为25％。而电介质型超构表面相比金属材料具有高折射率、低损耗等特点。
通过电介质型超构表面实现对光束的相位进行调控的原理为：利用介质等效折射率理论，纳米结构单元可以等效成双折射元件。其调控方式主要分为两种，一种是几何相位(也称为P-B相位)型调控方式，另外一种是传输相位型调控方式。
此处进行举例说明，比如，对于矩形单元结构，其长和短边对应的中心轴线可以视作双折射元件的快轴和慢轴。矩形单元结构(快轴与水平方向夹角为)对光场的调制作用可用琼斯矩阵表示为：
Figure BDA0003046730880000051
其中，J为出射光的琼斯矩阵，R(θ)为旋转矩阵，To和Te分别为o光和e光的透射振幅，
Figure BDA0003046730880000052
和
Figure BDA0003046730880000053
分别为o光和e光的相位延迟。
设To＝Te＝T，相位延迟δ＝To-Te，传输相位
Figure BDA0003046730880000054
上式化为：
Figure BDA0003046730880000055
当入射光为左旋圆偏振光时[1，i]T，出射光场为：
Figure BDA0003046730880000061
当相位延迟δ＝±π时，超构表面上的每一个单元结构等效一个理想的半波片，此时上式有：
Figure BDA0003046730880000062
即此时出射光只有与入射光旋向相反的分量，并携带ei2θ的附加几何相位，此时出射光总相位
Figure BDA0003046730880000063
同理，当入射光为右旋偏振光时，出射光携带e-i2θ的几何相位,此时出射光总相位
Figure BDA0003046730880000064
联合
Figure BDA0003046730880000065
和
Figure BDA0003046730880000066
表达式，可以求出传输相位
Figure BDA0003046730880000067
和几何相位所需要的旋转角
Figure BDA0003046730880000068
其中，传输相位可以通过改变单元结构的长宽尺寸来进行调整，几何相位由单元结构的旋转角所决定。因此，可以通过对传输相位和几何相位的联合调控，实现对正交的圆偏振光相位的独立控制。
目前，能够通过超构表面实现对光场单一维度和多维度的独立调控和复用，比如，在同一纳米单元内设计分别对三种不同波长响应的超构表面结构，以实现对RGB三个通道的色彩复用形成彩色全息，进而可通过切换入射光的偏振状态以改变显示的全息图像，再者，也可通过相变材料制作出可编程的超构表面，以实现对光场的动态调控与复用。
但上述方法虽然能够实现对信息的复用，但这些复用方式大多基于空间范围内，且存在单元结构设计复杂、加工难度大问题。
经过研究发现，空间频率也作为信息承载形式之一，空间频率在图像处理领域有着广泛的应用。空间中的低频和高频能够以叠加的形式进行复用，其原理在于，基于人类视觉的多尺度感知机制，一幅由高和低空间频率合成的混合图像在不同的观看距离可以有两种不同的显著区域，在距离图像较近处，显著区域为图像中灰度变化较大的细节部分(纹理和边缘)，即图像的高频部分；随着距离的增大，显著区域主要为图像中灰度变化较为缓慢的部分，即图像的低频部分。将低频和高频混合的方式作为一个信息复用维度引入到超构表面的复用中，能够在不改变单元结构尺寸的前提下扩展信息存储的维度，从而提高超构表面携带信息的容量，能够广泛应用于信息处理、信息存储、加密和全息等领域。
因此，本发明的方法基于空间频率实现超构表面的复用。
请参见图1，图1是本发明中一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法的流程图。如图1所示，本发明实施例所述的一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法包括以下步骤：
S100、扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数。
具体地，如图4所示，基于复合相位超构表面的多维度成像包括正交圆偏振光产生模块，用于产生正交圆偏振光以扫描单元结构，正交圆偏振光产生模块包括光源、准直透镜、起偏器及四分之一波片，其中，光源可为532nm的激光器，准直透镜的焦距可为200mm。通过设定激光器的工作波长为532nm，设置入射光线分别为X线偏振光和Y线偏振光，其中，X线偏振光的偏振方向沿单元结构的长轴方向，Y线偏振光的偏振方向沿单元结构的短轴方向。扫描的是单元结构的长和宽，得到出射光的相位分布和对应的透过率。
其中，所述超构表面为编码有左旋和右旋方向的高低频混合图像相位分布的的电介质超构材料。超构表面工作波长为532nm。
S200、根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度。
S300、将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像。
在一具体实施例中，步骤S100之后还包括：
S400、根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角。
在一具体实施例中，步骤S100之后、步骤S200之前还包括：
S110、基于水平方向偏振光和垂直方向偏振光分别扫描所述单元结构，得到所述扫描结构参数，所述扫描结构参数包括：水平相位分布和对应的水平透过率、垂直相位分布和对应的垂直透过率，所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布的范围为0-2π，所述垂直方向偏振光入射下的所述垂直相位分布的范围为0-2π。
具体地，本发明的单元结构指纳米单元结构。超构表面包括纳米单元二维阵列和基底，纳米单元二维阵列由若干个具有高折射率的二氧化钛亚波长单元结构组成，基底为透明的二氧化硅。如图2所示，纳米单元结构为长方体，长方体的长边和短边可看作是双折射元件的长轴和短轴，纳米单元单元旋转角用θ表示，高用H表示(H可为600nm)，相邻纳米单元中心距用D表示，相邻纳米单元结构的中心距离相等。如图3所示，纳米单元二维阵列的行和列分别沿x轴和y轴，z轴为光波入射方向。通过设定单元结构的长和宽可以对正交圆偏振光施加传输相位，即单元结构的长和宽由所需传输相位决定；通过改变旋转角度可以对正交圆偏振光施加几何相位，即单元结构旋转角度由所需的几何相位决定，从而实现正交偏振的复用成像和空间频率的复用成像。
使用透光轴沿x轴的线偏振片产生水平方向偏振光，通过快轴与x轴成45°的四分之一波片将沿y轴的线偏振光转换成右旋圆偏振光(垂直方向偏振光)，之后水平方向偏振光和垂直方向偏振光经过超构表面，产生对应的混合叠加图像。其中，扫描的参数为单元结构的长L和宽W，扫描范围均为30～330nm,步长为5nm，x和y方向边界条件为周期性边界条件，光传播方向z方向边界条件为吸收性边界条件，通过扫描可以得到单元结构的相位分布(比如[0,2π])和对应的透过率。
进一步地，在步骤S110之前还包括：
采用时域有限差分法(FDTD)建模，之后对单元结构进行参数筛选和优化。
在一具体实施例中，步骤S110之后还包括：
S120、从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合，所述半波条件参数包括：所述水平相位分布和垂直相位分布的相位差等于π。
具体地，求取水平偏振入射下的相位分布和对应垂直偏振入射下的相位分布的相位差，之后再筛选出相位差等于π(此时纳米单元结构可等效为半波片)的水平相位分布和垂直相位分布对应的扫描结构参数，并组成半波参数集合。
在一具体实施例中，步骤S120之后还包括：
S131、将相位划分成8个相位梯度；
S132、从所述半波参数集合中筛选出在各相位梯度中均具有最高透过率的所述水平相位分布或所述垂直相位分布对应的单元结构并组成梯度参数集合。
具体地，将2π相位划分为8个相位梯度，从半波参数集合中筛选出在各个梯度中透过率最高的单元结构，以达到最优设计，并将该单元结构的尺寸组成梯度参数集合。
在一具体实施例中，如图5所示，步骤S400包括：
S410、以所述梯度参数集合中的单元结构分别遍历所述目标混合图像对应的像素；
S420、根据每个像素对应相位匹配对应的单元结构，得到每个像素对应的长度和宽度。
具体地，以梯度参数集合中的单元结构的长和宽逐一遍历目标混合图像的像素，进而为每个像素匹配对应的长和宽，即得到满足每个像素对应的相位所需的单元结构的长和宽。
在一具体实施例中，如图6所示，步骤S200包括：
根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
进一步包括：
S210、对所述目标混合图像分别进行高通滤波和低通滤波，分别得到具有空间高频率分量的高频图像和具有空间低频率分量的低频图像。
S220、在傅里叶频域中对所述高频图像和所述低频图像进行混合叠加处理，得到混合图像；
S230、通过GS全息算法对所述混合叠加图像进行处理得到所述混合叠加图像的混合相位分布；
S240、根据所述混合相位分布确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
具体地，基于复合相位超构表面的多维度成像装置还包括图像探测模块，图像探测模块包括高通滤波器、低通滤波器和图像探测装置。图像探测模块用于对出射光束分别进行高通滤波和低通滤波之后将目标混合图像中的高频图像和低频图像分离出来。其中，图像探测装置可以为CCD相机。
目标混合图像中包括高频信息和低频信息。低频就是灰度缓慢地变化，也就是边缘以内的内容为低频，包含了图像的大部分信息，即图像的大致概貌和轮廓。高频就是频率变化快，相邻像素区域之间灰度相差很大，即高频显示图像边缘信息。通过合理设置高通滤波器和低通滤波器即可将高频信号和低频信号分别从目标混合图像中分离出来，实现空间频率复用。实现复用的混合图像I1，2可以由具有不同空间频率分量的两幅图像(I1和I2)合成，如下式所示：
I1，2＝H(I1)+L(I2)
I3，4＝H(I3)+L(I4)
其中，H和L分别为高通滤波器和低通滤波器，可以用于分别提取I1和I2的高低频分量。通过上式，可将四幅目标图像进行混合叠加，得到两幅混合图像。
之后可以通过G-S全息算法得到上述两幅混合图像对应的相位分布
Figure BDA0003046730880000111
和
Figure BDA0003046730880000112
根据公式计算得到所述单元结构所需满足目标混合图像相位的传输相位
Figure BDA0003046730880000113
和满足几何相位的旋转角θ：
Figure BDA0003046730880000114
Figure BDA0003046730880000115
其中，
Figure BDA0003046730880000116
和
Figure BDA0003046730880000117
分别为所需施加在左旋和右旋圆偏振光的目标混合图像相位分布。
通过将水平方向偏振光和垂直方向偏振光经过超构表面，进而产生混合图像，之后通过高通滤波器和低通滤波器对混合图像进行频率分离，得到高频图像和低频图像，之后通过CCD采集高频图像和低频图像。得到一组高频图像和低频图像之后，再将四分之一波片的快轴旋转至与x轴成135°，切换入射光旋向，可以得到左旋圆偏振光入射时对应的混合图像，进而得到对应的高频图像吧和低频图像。
在一具体实施例中，如图7所示，步骤S300包括：
S310、根据所述传输相位的相位分布得到对应的单元结构的长和宽；
S320、根据所述旋转角、所述单元结构的长和宽，在不同旋转方向的圆偏振光和不同滤波器下得到所述多维度图像。
具体地，通过得到需要施加在左旋偏振光和右旋偏振光上的混合图像的相位分布，并将相位分布编码在超构表面。其中，当入射光为左旋圆偏振光时，产生对应的目标混合图像，之后通过高通滤波器和低通滤波器对目标混合图像进行滤波得到高频图像和低频图像。同理，将四分之一波片的快轴旋转至与x轴成135°，切换入射光旋向，使得入射光为右旋圆偏振光，经过相同的步骤可以得到对应的一组高频图像和低频图像。最后，通过对正交圆偏振光施加不同混合图像的相位分布，并结合空间频率复用，能够时实现复合相位的联合调控，得到四副独立图像的全息成像。通过改变单元结构的尺寸和旋转角度，可以实现2π的相位覆盖且具有较高的透过率，扩宽了信息复用的维度，且结构设计简单，便于实施。
进一步地，如图8所示，基于上述基于复合相位超构表面的多维度成像方法，本发明还相应提供了一种基于复合相位超构表面的多维度成像装置，所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置包括处理器10、存储器20及显示器30。图8仅示出了基于复合相位超构表面的多维度成像装置的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
所述存储器20在一些实施例中可以是所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置的内部存储单元，例如基于复合相位超构表面的多维度成像装置的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置的外部存储设备，例如所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置的应用软件及各类数据，例如所述安装基于复合相位超构表面的多维度成像装置的程序代码等。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有多维度成像程序40，该多维度成像程序40可被处理器10所执行，从而实现本申请中基于复合相位超构表面的多维度成像方法。
所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述基于复合相位超构表面的多维度成像方法等。
所述显示器30在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。所述显示器30用于显示在所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置的信息以及用于显示可视化的用户界面。所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置的部件10-30通过系统总线相互通信。
在一实施例中，当处理器10执行所述存储器20中多维度成像程序40时实现以下步骤：
扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数；
根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角；
将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像。
进一步地，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数之后，还包括：
根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度。
进一步地，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数，包括：
基于水平方向偏振光和垂直方向偏振光分别扫描所述单元结构，得到目标混合图像及对应的所述扫描结构参数，所述扫描结构参数包括：水平相位分布和对应的水平透过率、垂直相位分布和对应的垂直透过率，所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布的范围为0-2π，所述垂直方向偏振光入射下的所述垂直相位分布的范围为0-2π。
进一步地，所述基于水平方向偏振光和垂直方向偏振光分别扫描所述单元结构，得到目标混合图像及对应的所述扫描结构参数之后，还包括：
从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合，所述半波条件参数包括：所述水平相位分布和垂直相位分布的相位差等于π。
进一步地，所述从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合之后，还包括：
将相位划分成8个相位梯度；
从所述半波参数集合中筛选出在各相位梯度中均具有最高透过率的所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布或所述垂直方向偏振光入射下的所述垂直相位分布对应的单元结构并组成梯度参数集合。
进一步地，所述根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度，包括：
以所述梯度参数集合中的单元结构分别遍历所述目标混合图像对应的像素；
根据每个像素对应相位匹配对应的单元结构，得到每个像素对应的长度和宽度。
进一步地，所述根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角，包括：
根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
进一步地，所述根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角之后，还包括：
对所述目标混合图像分别进行高通滤波和低通滤波，分别得到具有空间高频率分量的高频图像和具有空间低频率分量的低频图像；
在傅里叶频域中对所述高频图像和所述低频图像进行混合叠加处理，得到混合图像；
通过GS全息算法对所述混合叠加图像进行处理得到所述混合叠加图像的混合相位分布；
根据所述混合相位分布确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
进一步地，所述将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像，包括：
根据所述传输相位的相位分布得到对应的单元结构的长和宽；
根据所述旋转角、所述单元结构的长和宽，在不同旋转方向的圆偏振光和不同滤波器下得到所述多维度图像。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的计算机可读存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的计算机可读存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，包括：
扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数；
根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角；
将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像。
2.根据权利要求1所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数之后，还包括：
根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度。
3.根据权利要求2所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数，包括：
基于水平方向偏振光和垂直方向偏振光分别扫描所述单元结构，得到目标混合图像及对应的所述扫描结构参数，所述扫描结构参数包括：水平相位分布和对应的水平透过率、垂直相位分布和对应的垂直透过率，所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布的范围为0-2π，所述垂直方向偏振光入射下的所述垂直相位分布的范围为0-2π。
4.根据权利要求3所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述扫描基于超构表面的单元结构，得到扫描结构参数之后，还包括：
从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合，所述半波条件参数包括：所述水平相位分布和垂直相位分布的相位差等于π。
5.根据权利要求4所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述从所述扫描结构参数中筛选出满足半波片条件参数的对应单元结构组成半波参数集合之后，还包括：
将相位划分成8个相位梯度；
从所述半波参数集合中筛选出在各相位梯度中均具有最高透过率的所述水平相位分布或所述垂直相位分布对应的单元结构并组成梯度参数集合。
6.根据权利要求5所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述根据所述扫描结构参数确定目标混合图像对应单元结构的长度和宽度，包括：
以所述梯度参数集合中的单元结构分别遍历所述目标混合图像对应的像素；
根据每个像素对应相位匹配对应的单元结构，得到每个像素对应的长度和宽度。
7.根据权利要求5所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述根据所述扫描结构参数确定所述单元结构对应相位的传输相位和旋转角，包括：
根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
8.根据权利要求7所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述根据所述水平方向偏振光入射下的所述水平相位分布和所述垂直方向入射下的所述垂直方向相位分布，确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角之后，还包括：
对所述目标混合图像分别进行高通滤波和低通滤波，分别得到具有空间高频率分量的高频图像和具有空间低频率分量的低频图像；
在傅里叶频域中对所述高频图像和所述低频图像进行混合叠加处理，得到混合叠加图像；
通过GS全息算法对所述混合叠加图像进行处理得到所述混合叠加图像的混合相位分布；
根据所述混合相位分布确定所述目标混合图像的传输相位和几何相位的旋转角。
9.根据权利要求8所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法，其特征在于，所述将所述传输相位和所述旋转角编码在所述超构表面，得到多维度图像，包括：
根据所述传输相位的相位分布得到对应的单元结构的长和宽；
根据所述旋转角、所述单元结构的长和宽，在不同旋转方向的圆偏振光和不同滤波器下得到所述多维度图像。
10.一种基于复合相位超构表面的多维度成像装置，其特征在于，所述基于复合相位超构表面的多维度成像装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的多维度成像程序，所述多维度成像程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的基于复合相位超构表面的多维度成像方法的步骤。
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