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专利号: 2019105433488
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种使用相位迭代算法的计算鬼成像的光学图像加密方法,其特征在于,按照以下步骤实施:步骤1:对激光束进行准直照明,并依次将一组不同的随机相位掩模输入到空间光调制器中;波被纯相位掩模调制,产生的随机散斑图案在距离空间光调制器平面轴向距离处穿过物体;

步骤2:物体的透射函数T(μ,ν),Ii(μ,ν)=|Ei(μ,ν)|2是散斑图案,Ei(μ,ν)是纯相位掩模的自由空间传播场 并且(μ,ν)表示物平面的横向坐标;对于嵌入空间光调制器的每个纯相位掩模 通过使用菲涅耳衍射来进行;

步骤3:由桶检测器收集的强度分布与从已知的纯相位掩模导出的上述散斑图案互相关联。

2.根据权利要求1所述的使用相位迭代算法的计算鬼成像的光学图像加密方法,其特征在于,所述的步骤1中,具体过程是:对激光器发出的激光束进行准直照明,并依次将一组不同的随机相位掩模输入到空间光调制器中;波被纯相位掩模调制,产生的随机散斑图案在距离空间光调制器平面轴向距离处穿过物体;测量的强度Bi由位于物体后方的不需要空间分辨率的桶探测器记录,数学表达式为:Bi=∫∫dμdνIi(μ,ν)T(μ,ν)

使用改进的Gerchberg-Saxton算法生成纯相位掩模,其中Walsh-Hadamard模式被应用为迭代相位检索过程中的幅度约束;具有阶数2的基本块通常用于构建具有任何顺序的Hadamard矩阵,其在数学上被定义为:然后,使用以下递归公式获得具有的2k的Hadamard矩阵,表达式是:任何顺序的Hadamard矩阵都是正方形和对称的,其中每个元素等于+1或-1;假设要成像的对象的大小是M×N像素,其满足条件M×N=2k;计算具有阶数2k的Hadamard矩阵之后,将每行重新排列成具有M×N像素的2D图像,使用迭代相位检索算法从该图像中检索纯相位掩模;此后,从该Hadamard矩阵生成总相位掩模,完全或部分地用于单像素相关成像的过程中;将其中一个重新排列的模式图像表示为fi(μ,ν),对应的纯相位掩模表示为分别位于像平面和纯相位掩模平面,迭代过程如下:

1.1)估计相位掩模 在纯相位掩模平面中生成,该纯相位掩模平面将在接下来的迭代循环中更新;初始相位分布 由[0,2π]范围内的统计独立的白色序列组成,包含M×N个像素;

1.2)在第n轮中,执行向前传播到图像平面波,得到的复值波被描述为:其中,FWP表示具有光波长λ和轴向距离z的自由空间波传播;

1.3)将掩模图案fi(μ,ν)作为图像平面上的振幅约束,对上述步骤1.2)复值波更新,表达式为:其中,arg(.)用于提取参数的阶段函数;

1.4)从图像平面到纯相位掩模平面实现波反向传播,相应表达式为:当迭代过程未停止时,只有传播结果的相位部分 被保留用于下一轮,下一轮中的相位函数的表达式为:

1.5)为了判断迭代过程是否已经停止,估计输出的幅度 与期望的图像fi(μ,ν)之间的相关系数CC被计算为收敛标准,其被定义为:其中,E[.]表示期望值运算符,省略了坐标;将非常接近1的实数值设置为CC的阈值;

1.6)重复上述步骤1.2)-步骤1.5),直到CC值达到预定阈值;迭代过程完成后,最后更新的结果视为所需的纯相位掩码

3.根据权利要求1所述的使用相位迭代算法的计算鬼成像的光学图像加密方法,其特征在于,所述的步骤2中,具体过程是:假设物体的透射函数T(μ,ν),Ii(μ,ν)=|Ei(μ,ν)|2是散斑图案,Ei(μ,ν)是纯相位掩模的自由空间传播场 并且(μ,ν)表示物平面的横向坐标;对于嵌入空间光调制器的每个纯相位掩模 通过使用菲涅耳衍射来进行,表达式为:其中,*表示卷积计算,h(x,y,z)是菲涅耳传播的点脉冲函数,定义为:

4.根据权利要求1所述的使用相位迭代算法的计算鬼成像的光学图像加密方法,其特征在于,所述的步骤3中,具体过程是:由桶检测器收集的强度分布与从已知的纯相位掩模导出的上述散斑图案互相关联;假设收集的强度分布的总数是N,则在数学上将重建的对象描述为:其中,<.>是整体平均计算。