透过散射层对运动三维物体的单次曝光录像

发布时间：2021-08-06 12:53

　　透过散射介质成像在很多领域都有重要应用。然而,目前关于针对三维运动物体的透过散射介质成像与追踪的研究却很少。提出一种透过散射层对运动三维物体进行单次曝光录像的方法。从散射层两个不同位置出射的散斑之间非相关且包含了双视角下的物体信息,在这两部分散斑的重叠区域进行探测,可实现三维成像。在曝光过程中绕光轴旋转相机,可探测到由一系列旋转不同角度后的瞬时散斑叠加而成的一张散斑图像。在满足散斑旋转去相关的条件下,这些瞬时散斑之间非相关。至此,对应不同时刻、不同视角的一系列瞬时散斑多路复用于一张散斑图像中。利用互相关解卷积成像法,通过依次旋转各个单视角下探测的点扩展函数,即可从这张散斑图像中重建出三维运动物体的视频信息。 

【文章来源】：光学学报. 2020,40(22)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

透过散射层对运动三维物体的单次

t j =θ j /ω+j×t pause , ??? (5)这样就可以在重建过程中根据匹配PSF的旋转角度来确定这一帧图像对应的时刻。此外,根据重建图像中左、右视角下的物体横向位置差,可以计算出三维物体上任意一点P的深度信息。如图2所示,点H代表测量PSF时参考点光源所处的位置。分别测量左、右视角下恢复的图像中物体相对图像中心的像素距离,据此计算出左、右视角下物点P的像与参考点光源H的像在相机感光面上的相对距离,分别如图2中的矢量xL和xR所示。那么,物体上的点P与参考点光源H之间的深度差d可表示为

为了探测左、右通光孔对应的散斑,在图1所示系统中的三维物体的底部平面放置一个直径为100 μm的小孔作为参考点光源,并将三维物体取走。在其他系统条件不变的情况下,遮住右通光孔,此时相机探测到从左通光孔出射的散斑即为SL,如图3(e)所示;遮住左通光孔,记录此时相机探测的散斑SR,如图3(f)所示。接下来,根据采集到的SL和SR进行物体图像重建。将SL依次旋转0°,10°,20°,…,120°,并分别将旋转后的SL和散斑图像I代入(4)式进行互相关解卷积成像计算,最终恢复出13帧左视角下的物体图像。用同样的方法,根据SR和散斑图像I重建出右视角下的13帧物体图像。由于本系统条件下的散斑旋转去相关角仅为0.21°,相机旋转过程中拍摄的散斑与停顿时拍摄的散斑几乎都非相关,因此这些散斑对最终的物体重建几乎没有产生影响。得益于互相关解卷积成像法,整个重建过程十分快速,且无需额外的散斑提取算法,并能够给出物体的位置信息。最终重建出左、右双视角下的13帧视频录像,视频的播放速度约为真实速度的6.6倍,其中第1,3,5,7,9,11帧双视角图像如图3(g)～(l)所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]散射成像技术的研究进展[J]. 朱磊,邵晓鹏.  光学学报. 2020(01)
[2]基于光学传输矩阵实现透过散射介质的动态目标成像[J]. 孙雪莹,王剑南,李伟,刘杰涛,王纲,计婷,邵晓鹏.  中国激光. 2018(12)
[3]基于纯相位调制的散射介质传输矩阵测量与光波聚焦[J]. 赵明,赵美晶,孙程伟,许文海.  光学学报. 2018(01)



本文编号：3325810