基于频域调制的快速Fourier鬼成像方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于频域调制的Fourier鬼成像方法及系统，其中，方法包括：通过频域调制得到二值条纹，以根据二值条纹生成灰度条纹；通过灰度条纹采集图像频谱的幅值和相位；根据图像频谱的幅值和相位恢复出频谱；通过Fourier反变换得到成像图像。该成像方法可以通过频域调制的手段提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像，提高成像的实用性。

说明书

技术领域

本发明涉及计算摄像学技术领域，特别涉及一种基于频域调制的快速Fourier鬼成像方法及系统。

背景技术

相关技术，Fourier鬼成像通过直接采集图像频谱的幅值和相位恢复出频谱，然后再通过Fourier反变换得到图像。Fourier鬼成像不同于传统单像素成像的地方在于，该工作中使用4步相位平移正弦信号的调制图案来完成对成像场景的傅里叶频谱的采集，而非传统意义上采用随机图案来完成成像过程。由于同一正弦信号在不同相移下在具有相同的总强度，4种不同的相移相互之间比较即可去除频率远远高于或者远远低于调制频率的环境光噪声。但是，由于仪器生成正弦信号远远慢于生成二值信号，导致Fourier鬼成像速度较慢。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于频域调制的Fourier鬼成像方法，该方法可以提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像。

本发明的另一个目的在于提出一种基于频域调制的Fourier鬼成像系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于频域调制的Fourier鬼成像方法，包括以下步骤：通过频域调制得到二值条纹，以根据所述二值条纹生成灰度条纹；通过所述灰度条纹采集图像频谱的幅值和相位；根据所述图像频谱的幅值和相位恢复出频谱；通过Fourier反变换得到成像图像。

本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像方法，可以通过频域调制的手段提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像，通过频域调制的方法使得在Fourier鬼成像中采用的正弦条纹能由二值条纹代替，提高成像的实用性和可靠性。

另外，根据本发明上述实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，滤除所述二值条纹中高次频率点，以得到对应于所述二值条纹的正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对应于所述二值条纹的正弦条纹的获取步骤包括：获取二值图像；通过在频域截取多个像素为半径的圆得到所述正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据垂直方向的灰度值判断所述正弦条纹是否满足预设条件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过空间光调制器DMD频域调制所述二值条纹以得到所述正弦条纹。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于频域调制的Fourier鬼成像系统，包括：调制模块，用于通过频域调制得到二值条纹，以根据所述二值条纹生成灰度条纹；采集模块，用于通过所述灰度条纹采集图像频谱的幅值和相位；恢复模块，用于根据所述图像频谱的幅值和相位恢复出频谱；成像模块，用于通过Fourier反变换得到成像图像。

本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像系统，可以通过频域调制的手段提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像，通过频域调制的方法使得在Fourier鬼成像中采用的正弦条纹能由二值条纹代替，提高成像的实用性和可靠性。

另外，根据本发明上述实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：滤除模块，用于滤除所述二值条纹中高次频率点，以得到对应于所述二值条纹的正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述滤除模块还用于获取二值图像，并且通过在频域截取多个像素为半径的圆得到所述正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述滤除模块还用于根据垂直方向的灰度值判断所述正弦条纹是否满足预设条件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过空间光调制器DMD频域调制所述二值条纹以得到所述正弦条纹。

本发明附加的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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的正弦条纹及其频域的示意图；

图3为根据本发明一个实施例的二值条纹及其频域的示意图；

图4为根据本发明一个实施例的频域选通带以及选通后反变换得到的条纹示意图；

图5为根据本发明一个实施例的选通后反变换得到的条纹延垂直于条纹方向的灰度值示意图；

图6为根据本发明一个实施例的快速鬼成像设计光路示意图；

图7为根据本发明一个实施例的样本图片及其Fourier变换的示意图；

图8为根据本发明一个实施例的重建图片及其Fourier变换的示意图；

图9为本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于频域调制的Fourier鬼成像方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于频域调制的Fourier鬼成像方法。

图1是本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像方法的流程图。

如图1所示，该基于频域调制的Fourier鬼成像方法包括以下步骤：

在步骤S101中，通过频域调制得到二值条纹，以根据二值条纹生成灰度条纹。

其中，在本发明的一个实施例中，滤除二值条纹中高次频率点，以得到对应于二值条纹的正弦条纹。

可以理解的是，如图2和图3所示，观察到二维平面上的正弦条纹，其Fourier平面上只有三个点，分别是中心的、代表均值的点，以及对称于中心的代表频率的两个点。同样级次的二值条纹，其频谱图相比正弦条纹而言多了很多点，这些点是高频分量，对应着高频的正弦条纹。滤除高次频率的点，就可以得到相应的正弦条纹。

在步骤S102中，通过灰度条纹采集图像频谱的幅值和相位。

在步骤S103中，根据图像频谱的幅值和相位恢复出频谱。

在步骤S104中，通过Fourier反变换得到成像图像。

也就是说，在本发明的实施例中，可以得到由二值条纹生成的灰度条纹，随后进行Fourier鬼成像的一般步骤，从而得到成像图像。

其中，在本发明的一个实施例中，对应于二值条纹的正弦条纹的获取步骤包括：获取二值图像；通过在频域截取多个像素为半径的圆得到正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据垂直方向的灰度值判断正弦条纹是否满足预设条件。

需要说明的是，预设条件可以根据实际情况进行设置，在此不作具体限制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过空间光调制器DMD频域调制二值条纹以得到正弦条纹。

可以理解的是，通过Matlab仿真，发现通过在频域上截取一个圆形区域，将低频部分选通，高频部分滤除，可以达到很好的正弦化效果。如图4和图5所示，有4条亮纹的二值图像，通过在频域截取5个像素为半径的圆，即可得到同级次的正弦条纹。通过测定其垂直方向的灰度值，说明得到的条纹是理想的正弦条纹。

由此可得，通过数字微镜阵列频域调制二值条纹从而可以得到正弦条纹。

举例而言，如图6所示，数字微镜阵列1负责产生二值条纹，经过透镜1后在其焦面上形成Fourier变换，随后由数字微镜阵列2截取低频部分，再经过透镜2做Fourier反变换后得到正弦条纹。随后正弦条纹打在样本上，最后由单像素接收，完成整个采集过程。

进一步地，下面由上述光路设计全系统的仿真。选择64x64的样本图样，然后利用上述得到的由二值条纹生成的灰度条纹，随后进行Fourier鬼成像的一般步骤，可得到如图7和图8所示的重建图像，由此可知，本发明实施例的方法虽然会降低一些分辨率，但是确实是有效的。

根据本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像方法，可以通过频域调制的手段提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像，通过频域调制的方法使得在Fourier鬼成像中采用的正弦条纹能由二值条纹代替，提高成像的实用性和可靠性。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于频域调制的Fourier鬼成像系统。

图9是本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像系统的结构示意图。

如图9所示，该基于频域调制的Fourier鬼成像系统10包括：调制模块100、采集模块200、恢复模块300和成像模块400。

其中，调制模块100用于通过频域调制得到二值条纹，以根据二值条纹生成灰度条纹。采集模块200用于通过灰度条纹采集图像频谱的幅值和相位。恢复模块300用于根据图像频谱的幅值和相位恢复出频谱。成像模块400用于通过Fourier反变换得到成像图像。本发明实施例的成像系统10可以通过频域调制的手段提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像，提高成像的实用性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的成像系统还包括：滤除模块。其中，滤除模块用于滤除二值条纹中高次频率点，以得到对应于二值条纹的正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，滤除模块还用于获取二值图像，并且通过在频域截取多个像素为半径的圆得到正弦条纹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，滤除模块还用于根据垂直方向的灰度值判断正弦条纹是否满足预设条件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过空间光调制器DMD频域调制二值条纹以得到正弦条纹。

需要说明的是，前述对基于频域调制的Fourier鬼成像方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像系统，此处不再赘述。

根据本发明实施例的基于频域调制的Fourier鬼成像系统，可以通过频域调制的手段提升Fourier鬼成像的速度，从而快速实现高精度鬼成像，通过频域调制的方法使得在Fourier鬼成像中采用的正弦条纹能由二值条纹代替，提高成像的实用性和可靠性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。