本發(fā)明涉及全息成像，尤其是一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑廣泛應用于雷達成像，天文望遠鏡成像，醫(yī)學超聲成像等領(lǐng)域。光學成像之中，圖像的分辨率與數(shù)值孔徑是呈現(xiàn)正比例關(guān)系。目前的光學全息在多路復用選頻中使用的是物體的實際物理孔徑，但提高數(shù)值孔徑難度是成倍數(shù)增長，所費巨大，并且存在極限，還會引起其他方面的誤差。雙包絡頻率選擇菲涅耳相關(guān)全息術(shù)雖然能夠以更高的效率消除多路復用的共軛像與零級像，獲得了寬視場，但成像的分辨率依舊有提升空間。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中物體的實際物理孔徑小，成像分辨率相對低的問題，本發(fā)明提出了一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，采用了非相干復用選頻全息的方法結(jié)合合成孔徑進行全息圖重建，實現(xiàn)對圖像分辨率的提升。

2、本發(fā)明提出的一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，包括以下步驟：

3、s1、搭建測試光路，測試光路包括沿著第一光路順序布置的第一光源、第一透鏡、第一偏振片、第一半波片、分束器、主透鏡、空間光調(diào)制器和電子耦合裝置；測試光路還包括沿著第二光路順序布置的第二光源、第二透鏡、第二偏振片、第二半波片；第二半波片的出射光投射到分束器；第一光源和第二光源光振幅相同，且兩者到達主透鏡的距離相等；空間光調(diào)制器的相位掩膜由編碼相位掩膜、二次相位掩膜和振幅掩膜依次疊加組成，振幅掩膜劃分為m*n的網(wǎng)格，一個網(wǎng)格為全透光區(qū)域，剩余網(wǎng)格為不透光區(qū)域；將目標物體放置在選定的測試位上，測試位包括第一光路上位于第一透鏡和第一偏振片之間的第一測試位，以及第二光路上位于第二透鏡和第二偏振片之間的第二測試位；

4、s2、將測試光路的空間光調(diào)制器的相位掩膜換成復合掩膜，并移除第一半波片和第二半波片，然后開啟第一光源和第二光源，獲取電子耦合裝置記錄的混疊子孔徑全息圖強度為h10；移除第二半波片，保留測試光路中的第一半波片，使得第一半波片的快軸方向與第一偏振片起偏方向的方向一致，然后開啟第一光源和第二光源，獲取電子耦合裝置記錄的混疊子孔徑全息圖強度為h11；移除第一半波片，保留測試光路中的第二半波片，使得第二半波片的快軸方向與第二偏振片起偏方向的方向一致，然后開啟第一光源和第二光源，獲取電子耦合裝置記錄的混疊子孔徑全息圖強度為h12；

5、s3、替換復合掩膜中的二次相位掩膜，然后再執(zhí)行步驟s2，獲取無第一半波片、第二半波片時電子耦合裝置記錄的混疊子孔徑全息圖強度h20、保留第一半波片時電子耦合裝置記錄的混疊子孔徑全息圖強度h21、以及保留第二半波片時電子耦合裝置記錄的混疊子孔徑全息圖強度h22；

6、s4、結(jié)合h10、h11、h12、h20、h21和h22計算目標物體頻譜ft{sk}；

7、s5、結(jié)合目標物體頻譜ft{sk}重建目標物體的全息圖hre,k。

8、優(yōu)選的，s4中：

9、

10、其中，k表示光路序號，ft{sk}表示第k光路上的被測物體頻譜，ft表示傅里葉變換；hz表示物波空間傳遞函數(shù)；h-z1表示第一測試位與電子耦合裝置的距離的物波空間傳遞函數(shù)、h-z2表示第二測試位與電子耦合裝置的距離的物波空間傳遞函數(shù)，hz2-z1表示第二測試位與第一測試位的距離的物波空間傳遞函數(shù)，hz1-z2表示第一測試位與第二測試位的距離的物波空間傳遞函數(shù)，zk表示電子耦合裝置與第k測試位的距離。

11、優(yōu)選的，第二測試位與第一測試位的距離設(shè)置為316nm。

12、優(yōu)選的，s5中：

13、

14、其中abs()表示振幅函數(shù)，arg()表示幅角函數(shù)，符號◇表示共軛；ft{}表示二維傅里葉變換，ift{}表示二維傅里葉逆變換；表示點擴散全息圖，表示電子耦合裝置表面上的橫向位置矢量，表示目標物體的空間位置，zs為目標物體到主透鏡的距離。

15、優(yōu)選的：

16、

17、其中，表示第一光源和第二光源的光振幅；表示依賴于目標物體位置的復數(shù)值常數(shù)，表示光波經(jīng)過目標物體到達主透鏡表面的線性相位函數(shù)；f0為主透鏡的焦距，q(-1/f0)表示光波經(jīng)過主透鏡之后產(chǎn)生的二次相位函數(shù)；exp表示自然指數(shù)函數(shù)，i表示虛數(shù)符號，表示電子耦合裝置表面上的橫向位置矢量，表示橫向位置矢量的角度，zh為空間光調(diào)制器到電子耦合裝置的距離，q(-1/zh)為光波經(jīng)過空間光調(diào)制器反射到電子耦合裝置表面的二次相位函數(shù)。

18、優(yōu)選的，步驟s5之后還包括步驟s6：采用機器學習方法訓練基于神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)建的全息圖修正模型，全息圖修正模型對輸入的全息圖進行放大重建，并輸出高分辨率全息圖；采用全息圖修正模型獲取全息圖hre,k的高分辨率全息圖。

19、優(yōu)選的，全息圖修正模型具體可采用srresnet模型。

20、優(yōu)選的，第一光源和第二光源具體可采用氙燈。

21、本發(fā)明提出的一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像系統(tǒng)，包括測試光路、存儲器和處理器，測試光路包括沿著第一光路順序布置的第一光源、第一透鏡、第一偏振片、第一半波片、分束器、主透鏡、空間光調(diào)制器和電子耦合裝置；測試光路還包括沿著第二光路順序布置的第二光源、第二透鏡、第二偏振片、第二半波片；第二半波片的出射光投射到分束器；第一光源和第二光源光振幅相同，且兩者到達主透鏡的距離相等；空間光調(diào)制器的相位掩膜由編碼相位掩模、二次相位掩膜和振幅掩膜依次疊加組成，振幅掩膜劃分為m*n的網(wǎng)格，一個網(wǎng)格為全透光區(qū)域，剩余網(wǎng)格為不透光區(qū)域；存儲器中存儲有計算機程序，處理器連接存儲器，處理器用于執(zhí)行所述計算機程序，以實現(xiàn)所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法。

22、本發(fā)明的優(yōu)點在于：

23、(1)本發(fā)明提出的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，將合成孔徑與復用全息進行結(jié)合，利用選頻技術(shù)可以高效的生成全息圖，提高成像分辨率，優(yōu)化成像效果。

24、(2)本發(fā)明結(jié)合選頻算法提高了物體信息的獲取效率；結(jié)合合成孔徑技術(shù)，將空間光調(diào)制器劃分成為若干子孔徑，成像之后將得到的全息圖進行解析重建，然后采用深度學習模型抽取出更高級的圖像特征，使深層模型對圖像更好的進行表達，實現(xiàn)超分重構(gòu)，進一步優(yōu)化了成像效果。

技術(shù)特征：

1.一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，s4中：

3.如權(quán)利要求2所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，第二測試位與第一測試位的距離設(shè)置為316nm。

4.如權(quán)利要求1所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，s5中：

5.如權(quán)利要求4所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于：

6.如權(quán)利要求1所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，步驟s5之后還包括步驟s6：采用機器學習方法訓練基于神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)建的全息圖修正模型，全息圖修正模型對輸入的全息圖進行放大重建，并輸出高分辨率全息圖；采用全息圖修正模型獲取全息圖hre,k的高分辨率全息圖。

7.如權(quán)利要求6所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，全息圖修正模型具體可采用srresnet模型。

8.如權(quán)利要求1所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，其特征在于，第一光源(xen-1)和第二光源(xen-2)具體可采用氙燈。

9.一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像系統(tǒng)，其特征在于，包括測試光路、存儲器和處理器，測試光路包括沿著第一光路順序布置的第一光源(xen-1)、第一透鏡(l1a)、第一偏振片(p1)、第一半波片(hwp-1)、分束器(bs)、主透鏡(l2)、空間光調(diào)制器和電子耦合裝置；測試光路還包括沿著第二光路順序布置的第二光源(xen-2)、第二透鏡(l1b)、第二偏振片(p2)、第二半波片(hwp-2)；第二半波片(hwp-2)的出射光投射到分束器(bs)；第一光源(xen-1)和第二光源(xen-2)光振幅相同，且兩者到達主透鏡(l2)的距離相等；空間光調(diào)制器的相位掩膜由編碼相位掩模、二次相位掩膜和振幅掩膜依次疊加組成，振幅掩膜劃分為m*n的網(wǎng)格，一個網(wǎng)格為全透光區(qū)域，剩余網(wǎng)格為不透光區(qū)域；存儲器中存儲有計算機程序，處理器連接存儲器，處理器用于執(zhí)行所述計算機程序，以實現(xiàn)如權(quán)利要求1-8任一項所述的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及全息成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法和系統(tǒng)。本發(fā)明搭建測試光路，將測試光路的空間光調(diào)制器的相位掩膜換成復合掩膜，在兩種采用不同二次相位掩膜的復合掩膜下，通過調(diào)整半波片配置，采集不同的混疊子孔徑全息圖；然后結(jié)合混疊子孔徑全息圖計算目標物體頻譜FT{S<subgt;k</subgt;}，再解析目標物體的全息圖。本發(fā)明提出的基于合成孔徑非相干光學的超分辨成像方法，將合成孔徑與復用全息進行結(jié)合，利用選頻技術(shù)可以高效的生成全息圖，提高成像分辨率，優(yōu)化成像效果。

技術(shù)研發(fā)人員：李保生,王健,王振芹
受保護的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10