基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置及其重建方法
【專利摘要】基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置及其重建方法，屬于紅外光學(xué)成像領(lǐng)域。目前缺少通過微透鏡陣列測量光場信號的技術(shù)方法。基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(7)連接激光控制器(1)和三個微透鏡陣列光場相機(jī)；激光控制器(1)連接激光頭(2)，激光頭(2)和三個微透鏡陣列光場相機(jī)圍成的區(qū)域中心設(shè)置彌散介質(zhì)(3)。基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建方法，包括介質(zhì)邊界出射輻射測量、近紅外脈沖激光在彌散介質(zhì)的傳輸計(jì)算、光學(xué)參數(shù)場重建環(huán)節(jié)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建，為近紅外光學(xué)成像和紅外探測技術(shù)提供新的技術(shù)手段。
【專利說明】
基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置 及其重建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種通過微透鏡陣列測量光場信號的裝置和技術(shù)方法，具體設(shè)及基于 微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置及其重建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 彌散介質(zhì)內(nèi)部光學(xué)參數(shù)場的重建是通過分析介質(zhì)邊界的測量信號來反演內(nèi)部光 學(xué)參數(shù)場，由于介質(zhì)內(nèi)部的光學(xué)參數(shù)分布與介質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相關(guān)，所W彌散介質(zhì)內(nèi)部光學(xué) 參數(shù)場的重建技術(shù)有助于探測介質(zhì)內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)。作為一種有效的探測技術(shù)，彌散介質(zhì)光 學(xué)參數(shù)場重建廣泛應(yīng)用于無損探測、光學(xué)成像、紅外遙感、信息處理和故障診斷等領(lǐng)域。
[0003] 超短脈沖激光持續(xù)時間非常短，其脈沖寬度與激光在介質(zhì)內(nèi)傳輸?shù)臅r間相當(dāng)，達(dá) 到皮秒和飛秒量級，此時測量信號(如福射信號)隨時間的變化與光子的傳播速度相比不可 忽略，其福射傳輸過程中必須考慮瞬態(tài)效應(yīng)。與穩(wěn)態(tài)福射問題相比，瞬態(tài)福射具有大量的隨 時間變化的信息可W利用，瞬態(tài)光學(xué)性質(zhì)及其時間衰減蘊(yùn)藏了介質(zhì)內(nèi)的一些重要信息，尤 其是關(guān)于介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。
[0004] 光場成像技術(shù)與傳統(tǒng)成像技術(shù)相比，獲取的信息多出了兩個自由度，因而在信息 重建中能獲得更加豐富的信息。微透鏡陣列是最常用的光場獲取方式，具有光學(xué)系統(tǒng)簡單、 硬件設(shè)備成本低、結(jié)構(gòu)緊湊，標(biāo)定簡單，成像效果好，數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)。利用微透鏡陣列 獲取福射光場信息，提供比傳統(tǒng)接觸式測量更為豐富的測量信號，能夠有效的克服光學(xué)參 數(shù)場重建中的病態(tài)特性和吸收散射系數(shù)之間的串?dāng)_問題。在目前的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重 建研究中，福射信號的測量主要W接觸式的光纖測量為主，缺少通過微透鏡陣列測量光場 信號的技術(shù)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決目前缺少通過微透鏡陣列測量光場信號的技術(shù)方法的 問題，而提出一種基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置，和一種基 于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法。
[0006] -種基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置，其組成包括： 激光控制器、激光頭、彌散介質(zhì)、第一微透鏡陣列光場相機(jī)、第二微透鏡陣列光場相機(jī)、第= 微透鏡陣列光場相機(jī)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接激光控制器，激光控制 器連接激光頭;數(shù)據(jù)采集處理系還同時與第一微透鏡陣列光場相機(jī)、第二微透鏡陣列光場 相機(jī)、第=微透鏡陣列光場相機(jī)連接；
[0007] 其中，激光頭、第一微透鏡陣列光場相機(jī)、第二微透鏡陣列光場相機(jī)、第=微透鏡 陣列光場相機(jī)的中屯、點(diǎn)在同一平面上;激光頭和第二微透鏡陣列光場相機(jī)中屯、點(diǎn)的連線， 與第一微透鏡陣列光場相機(jī)和第=微透鏡陣列光場相機(jī)中屯、點(diǎn)的連線垂直相交，兩條中屯、 點(diǎn)連線的交點(diǎn)處分別為各自中點(diǎn)，且在兩條中屯、點(diǎn)連線的交點(diǎn)處設(shè)置彌散介質(zhì)。
[0008] -種基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，所述方法通 過W下步驟實(shí)現(xiàn)，
[0009] 步驟一、開啟激光控制器，使激光頭發(fā)射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)，然后將彌散介 質(zhì)W第一微透鏡陣列光場相機(jī)和第立微透鏡陣列光場相機(jī)中屯、點(diǎn)的連線為軸旋轉(zhuǎn)90°，使 脈沖激光作用于彌散介質(zhì)的另外一個邊界，直至彌散介質(zhì)的四個邊界都受到一次激光頭發(fā) 射的脈沖激光；
[0010] 激光頭每發(fā)射一次脈沖激光時都利用第一微透鏡陣列光場相機(jī)、第二微透鏡陣列 光場相機(jī)、第=微透鏡陣列光場相機(jī)進(jìn)行一次經(jīng)彌散介質(zhì)透射或反射出的福射場信號的采 集，再將獲得的所有福射場信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中；
[0011] 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)分別對獲得的福射場信號進(jìn)行處理，獲得彌散介質(zhì)各邊界射出 的光譜福射強(qiáng)度值;其中，S表示光源位置，i表示探測點(diǎn)位置，M表示測量信號；
[0012] 步驟二、設(shè)彌散介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)場為4*\通過時域福射傳輸方程計(jì)算出彌散介質(zhì) 邊界的透射及反射福射強(qiáng)度信號巧,?，將計(jì)算得到的彌散介質(zhì)邊界的透射及反射福射強(qiáng)度信 號^,與步驟一采集的福射場信號構(gòu)成目標(biāo)函數(shù)。(4<^);
[0013] 其中，透射及反射福射強(qiáng)度信號巧,.中上角標(biāo)P表示估算信號或模擬信號;y表示待 重建的彌散介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)場；
[0014] 步驟=、利用共輛梯度法進(jìn)行迭代計(jì)算，更新第k次迭代計(jì)算得到的彌散介質(zhì)光學(xué) 參數(shù)場的分布值：
[0015]
[0016] 式中，k = l,2,…；Ay表示參數(shù)的改變量；
[0017] 步驟四、根據(jù)步驟=第k次迭代計(jì)算得到的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分布值yk，計(jì)算 彌散介質(zhì)邊界的福射強(qiáng)度信號W及目標(biāo)函數(shù)F(yk);
[0018] 若目標(biāo)函數(shù)F(yk)的值小于極值，則執(zhí)行步驟六；
[0019] 否則，執(zhí)行步驟五；
[0020] 步驟五、若迭代次數(shù)k達(dá)到最大迭代次數(shù)K，則使當(dāng)前的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分 布值作為初值，重新開始迭代，即令4*^ = 4'，返回至步驟二；
[0021] 否則，返回至步驟S;
[0022] 步驟六、將當(dāng)前迭代計(jì)算得到的光學(xué)參數(shù)場分布值作為重建結(jié)果，結(jié)束反演過程。
[0023] 本發(fā)明的有益效果為：
[0024] 本發(fā)明屬于一種近紅外光學(xué)成像技術(shù)，具體地說是一種基于微透鏡陣列與近紅外 脈沖激光提供的彌散介質(zhì)邊界時域測量信號，對介質(zhì)內(nèi)部的未知光學(xué)參數(shù)場進(jìn)行重建的方 法。本發(fā)明通過介質(zhì)邊界出射福射測量、近紅外脈沖激光在彌散介質(zhì)的傳輸計(jì)算、光學(xué)參數(shù) 場重建環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建方法。利用具有微 透鏡陣列的光場相機(jī)獲取脈沖激光作用下彌散介質(zhì)邊界各個方向上的福射強(qiáng)度信息，通過 模擬彌散介質(zhì)內(nèi)的紅外福射傳輸過程，并結(jié)合最優(yōu)化方法，重建得到介質(zhì)內(nèi)部的光學(xué)參數(shù) 場分布圖像，從而探測得到彌散介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明的仿真計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)對彌散介 質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建，為近紅外光學(xué)成像和紅外探測技術(shù)提供新的技術(shù)手段。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明所采用的硬件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0027] 一：
[0028] 本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置，結(jié)合 圖1其組成包括:激光控制器1、激光頭2、彌散介質(zhì)3、第一微透鏡陣列光場相機(jī)4、第二微透 鏡陣列光場相機(jī)5、第=微透鏡陣列光場相機(jī)6和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)7,數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)7 連接激光控制器1，激光控制器1連接激光頭2;數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)7還同時與第一微透鏡陣 列光場相機(jī)4、第二微透鏡陣列光場相機(jī)5、第=微透鏡陣列光場相機(jī)6連接；
[0029] 其中，激光頭2、第一微透鏡陣列光場相機(jī)4、第二微透鏡陣列光場相機(jī)5、第=微透 鏡陣列光場相機(jī)6的中屯、點(diǎn)在同一平面上;激光頭2和第二微透鏡陣列光場相機(jī)5中屯、點(diǎn)的 連線，與第一微透鏡陣列光場相機(jī)4和第立微透鏡陣列光場相機(jī)6中屯、點(diǎn)的連線垂直相交， 兩條中屯、點(diǎn)連線的交點(diǎn)處分別為各自中點(diǎn)，且在兩條中屯、點(diǎn)連線的交點(diǎn)處設(shè)置彌散介質(zhì)3。
【具體實(shí)施方式】 [0030] 二：
[0031] 與【具體實(shí)施方式】一不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介 質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置，所述彌散介質(zhì)3是指是指對紅外光呈吸收、散射特性的介質(zhì)，所述 彌散介質(zhì)3包括為生物組織、火焰或者陶瓷中的一種。
【具體實(shí)施方式】 [0032]
[0033] 本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，所 述方法通過W下步驟實(shí)現(xiàn)，
[0034] 步驟一、開啟激光控制器1，使激光頭2發(fā)射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)3,然后將彌 散介質(zhì)3W第一微透鏡陣列光場相機(jī)4和第=微透鏡陣列光場相機(jī)6中屯、點(diǎn)的連線為軸旋轉(zhuǎn) 90%使脈沖激光作用于彌散介質(zhì)3的另外一個邊界，直至彌散介質(zhì)3的四個邊界都受到一次 激光頭2發(fā)射的脈沖激光；
[0035] 激光頭2每發(fā)射一次脈沖激光時都利用第一微透鏡陣列光場相機(jī)4、第二微透鏡陣 列光場相機(jī)5、第=微透鏡陣列光場相機(jī)6進(jìn)行一次經(jīng)彌散介質(zhì)3透射或反射出的福射場信 號的采集，再將獲得的所有福射場信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)7中；
[0036] 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)7分別對獲得的福射場信號進(jìn)行處理，獲得彌散介質(zhì)3各邊界射 出的光譜福射強(qiáng)度值4^其中，3表示光源位置，1表示探測點(diǎn)位置，1表示測量信號，是英文 單詞Measured的縮寫；
[0037] 步驟二、設(shè)彌散介質(zhì)3的光學(xué)參數(shù)場為tiD，通過時域嬌射傳輸方程計(jì)算出彌散介質(zhì) 3邊界的透射及反射福射強(qiáng)度信號巧,，將計(jì)算得到的彌散介質(zhì)3邊界的透射及反射福射強(qiáng) 度信號巧,與步驟一采集的福射場信號構(gòu)成目標(biāo)函數(shù)。(4<^);
[0038] 其中，透射及反射福射強(qiáng)度信號/P，,中上角標(biāo)P表示估算信號或模擬信號，是英文 單詞Predicted的縮寫;y表示待重建的彌散介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)場；
[0039] 步驟=、利用共輛梯度法進(jìn)行迭代計(jì)算，更新第k次迭代計(jì)算得到的彌散介質(zhì)光學(xué) 參數(shù)場的分布値：
[0040]
[0041] 式中，k = l,2,…；Ay表示參數(shù)的改變量；
[0042] 步驟四、根據(jù)步驟=第k次迭代計(jì)算得到的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分布值yk，計(jì)算 彌散介質(zhì)3邊界的福射強(qiáng)度信號/]；,. W及目標(biāo)函數(shù)F(yk);
[0043] 若目標(biāo)函數(shù)F(yk)的值小于極值e，則執(zhí)行步驟六；
[0044] 否則，執(zhí)行步驟五；
[0045] 步驟五、若迭代次數(shù)k達(dá)到最大迭代次數(shù)K，則使當(dāng)前的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分 布值作為初值，重新開始迭代，即令4*^ = 4"，返回至步驟二；
[0046] 否則，返回至步驟S;
[0047] 步驟六、將當(dāng)前迭代計(jì)算得到的光學(xué)參數(shù)場分布值作為重建結(jié)果，結(jié)束反演過程。 [004引【具體實(shí)施方式】四：
[0049] 與【具體實(shí)施方式】=不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介 質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，步驟一所述激光頭2發(fā)射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)3時，激光頭2 發(fā)射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)3各邊界的中屯、點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】 [0050] 五：
[0051] 與【具體實(shí)施方式】=或四不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌 散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，步驟二所述待重建的彌散介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)場y包括吸收系 數(shù)Wa和散射系數(shù)iis兩部分參數(shù)，且兩部分參數(shù)場同時進(jìn)行重建。
【具體實(shí)施方式】 [0052] 六：
[0053] 與【具體實(shí)施方式】五不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介 質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，步驟二所述通過時域福射傳輸方程計(jì)算出彌散介質(zhì)3邊界的透 反射福射強(qiáng)度信號/?的過程為，利用離散坐標(biāo)法對時域福射傳輸方程進(jìn)行求解，其中，瞬 態(tài)的時域福射傳輸方程的表達(dá)式為：
[0化4]
[0055]式中，t表示時刻，r表示空間位置，Q表示福射傳輸方向，Q/表示福射入射方向，C 表示彌散介質(zhì)3中的光速，▽表示梯度；O ( Q /，Q )表示彌散介質(zhì)3的散射相函數(shù)；
[005引 Kr, Q，t)為在t時刻、位置為r、方向?yàn)镼的福射強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】 [0化7] 屯：
[0058]與【具體實(shí)施方式】=、四或六不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光 的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，步驟二所述目標(biāo)函數(shù)。(4<^)的表達(dá)式為：
[0化9]
[0060] 式中，S表示光源，d表示探測點(diǎn)，n表示時層的數(shù)量，iKii)為正則化項(xiàng)，由廣義馬克 爾夫隨機(jī)場模型構(gòu)建得到，用W克服反問題的病態(tài)特性。
【具體實(shí)施方式】 [0061] 八：
[0062] 與【具體實(shí)施方式】屯不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介 質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，步驟=所述利用共輛梯度法進(jìn)行迭代計(jì)算，更新第k次迭代計(jì)算 得到的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分布值的過程為，所述共輛梯度法具體描述為：
[0063] yk 二 yk-i+曰 kdk
[0064] 式中，ak表示第k次迭代的步長，可由一維捜索得到;dk表示第k次迭代的下降方向， 由當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)梯度和上一次迭代的下降方向決定，且dk = -VF+護(hù)dW;式中，▽表示▽表 示梯度;e表示共輛系數(shù)。
【具體實(shí)施方式】 [0065] 九：
[0066] 與【具體實(shí)施方式】一、二、四、六或八不同的是，本實(shí)施方式的基于微透鏡陣列與脈 沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方法，所述彌散介質(zhì)3包括為生物組織、火焰或者陶瓷 中的一種。
[0067] 本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域 技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但運(yùn)些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于 本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置，其組成包括:激 光控制器（1)、激光頭(2)、彌散介質(zhì)（3)、第一微透鏡陣列光場相機(jī)(4)、第二微透鏡陣列光 場相機(jī)(5)、第三微透鏡陣列光場相機(jī)(6)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(7)，其特征在于:數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)(7)連接激光控制器(1)，激光控制器(1)連接激光頭(2);數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(7)還 同時與第一微透鏡陣列光場相機(jī)(4)、第二微透鏡陣列光場相機(jī)(5)、第三微透鏡陣列光場 相機(jī)(6)連接； 其中，激光頭(2)、第一微透鏡陣列光場相機(jī)(4)、第二微透鏡陣列光場相機(jī)(5)、第三微 透鏡陣列光場相機(jī)(6)的中心點(diǎn)在同一平面上;激光頭(2)和第二微透鏡陣列光場相機(jī)(5) 中心點(diǎn)的連線，與第一微透鏡陣列光場相機(jī)(4)和第三微透鏡陣列光場相機(jī)(6)中心點(diǎn)的連 線垂直相交，兩條中心點(diǎn)連線的交點(diǎn)處分別為各自中點(diǎn)，且在兩條中心點(diǎn)連線的交點(diǎn)處設(shè) 置彌散介質(zhì)(3)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置， 其特征在于:所述彌散介質(zhì)(3)是指對紅外光呈吸收、散射特性的介質(zhì)。3. -種利用基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場重建裝置的重建方法， 其特征在于:所述方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)， 步驟一、開啟激光控制器（1)，使激光頭（2)發(fā)射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)（3)，然后將 彌散介質(zhì)(3)以第一微透鏡陣列光場相機(jī)(4)和第三微透鏡陣列光場相機(jī)(6)中心點(diǎn)的連線 為軸旋轉(zhuǎn)90°，使脈沖激光作用于彌散介質(zhì)(3)的另外一個邊界，直至彌散介質(zhì)(3)的四個邊 界都受到一次激光頭(2)發(fā)射的脈沖激光； 激光頭(2)每發(fā)射一次脈沖激光時都利用第一微透鏡陣列光場相機(jī)(4)、第二微透鏡陣 列光場相機(jī)(5)、第三微透鏡陣列光場相機(jī)(6)進(jìn)行一次經(jīng)彌散介質(zhì)（3)透射或反射出的輻 射場信號的采集，再將獲得的所有輻射場信號發(fā)送至數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(7)中； 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(7)分別對獲得的輻射場信號進(jìn)行處理，獲得彌散介質(zhì)（3)各邊界射 出的光譜輻射強(qiáng)度值其中，s表示光源位置，i表示探測點(diǎn)位置，M表示所測量信號； 步驟二、設(shè)彌散介質(zhì)(3)的光學(xué)參數(shù)場為μ'通過時域輻射傳輸方程計(jì)算出彌散介質(zhì)(3) 邊界的透射及反射輻射強(qiáng)度信號/&，將計(jì)算得到的彌散介質(zhì)（3)邊界的透射及反射輻射強(qiáng) 度信號與步驟一采集的輻射場信號構(gòu)成目標(biāo)函數(shù)F(J); 其中，透射及反射輻射強(qiáng)度信號中上角標(biāo)P表示估算信號或模擬信號;μ表示待重建 的彌散介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)場； 步驟三、利用共輒梯度法進(jìn)行迭代計(jì)算，更新第k次迭代計(jì)算得到的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù) 場的分布值： μ1? = μ1?-1+Λμ 式中，k=l，2，···； Δμ表示參數(shù)的改變量； 步驟四、根據(jù)步驟三第k次迭代計(jì)算得到的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分布值μ15，計(jì)算彌散 介質(zhì)(3)邊界的輻射強(qiáng)度信號以及目標(biāo)函數(shù)F(yk); 若目標(biāo)函數(shù)F(yk)的值小于極值，則執(zhí)行步驟六； 否則，執(zhí)行步驟五； 步驟五、若迭代次數(shù)k達(dá)到最大迭代次數(shù)K，則使當(dāng)前的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分布值 作為初值，重新開始迭代，即令J=Pk，返回至步驟二； 否則，返回至步驟三； 步驟六、將當(dāng)前迭代計(jì)算得到的光學(xué)參數(shù)場分布值作為重建結(jié)果，結(jié)束反演過程。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方 法，其特征在于:步驟一所述激光頭(2)發(fā)射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)（3)時，激光頭(2)發(fā) 射的脈沖激光射入彌散介質(zhì)(3)各邊界的中心點(diǎn)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建 方法，其特征在于:步驟二所述待重建的彌散介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)場μ包括吸收系數(shù)~和散射系 數(shù)y s兩部分參數(shù)，且兩部分參數(shù)場同時進(jìn)行重建。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方 法，其特征在于，步驟二所述通過時域輻射傳輸方程計(jì)算出彌散介質(zhì)(3)邊界的透反射輻射 強(qiáng)度信號/?的過程為，利用離散坐標(biāo)法對時域輻射傳輸方程進(jìn)行求解，其中，瞬態(tài)的時域輻 射傳輸方程的表達(dá)式為：式中，t表不時刻，r表不空間位置，Ω表不福射傳輸方向，Ω '表不福射入射方向，c表不 彌散介質(zhì)(3)中的光速，▽表示梯度；Φ(Ω'，Ω)表示彌散介質(zhì)(3)的散射相函數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求3、4或6所述的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的 重建方法，其特征在于，步驟二所述目標(biāo)函數(shù)F(J)的表達(dá)式為：式中，s表示光源，d表示探測點(diǎn)，η表示時層的數(shù)量，Φ(μ)為正則化項(xiàng)，由廣義馬克爾夫 隨機(jī)場模型構(gòu)建得到，用以克服反問題的病態(tài)特性。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于微透鏡陣列與脈沖激光的彌散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的重建方 法，其特征在于，步驟三所述利用共輒梯度法進(jìn)行迭代計(jì)算，更新第k次迭代計(jì)算得到的彌 散介質(zhì)光學(xué)參數(shù)場的分布值的過程為，所述共輒梯度法具體描述為： yk=yk^+akdk 式中，ak表示第k次迭代的步長，可由一維搜索得到;dk表示第k次迭代的下降方向，由當(dāng) 前目標(biāo)函數(shù)梯度和上一次迭代的下降方向決定，且= 式中，▽表示梯度;β表 示共輒系數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK106023082SQ201610348998
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】喬要賓, 齊宏, 阮世庭, 阮立明, 談和平, 許傳龍, 張彪
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)