高時間分辨率的頻域瞬態成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，包括以下步驟：1)通過調制成像系統對被測對象采集一組圖像集Ix,y(f,φ)；2)從頻率為f的所述圖像集Ix,y(f,φ)中提取出基波圖像和諧波圖像Inx,y(nf)；3)對所述基波圖像和所述諧波圖Inx,y(nf)像進行幅值和相位的校正；4)將校正后的所述基波圖像和所述諧波圖像Inx,y(nf)組成頻譜圖像集Ipx,y(f)，然后沿著所述頻譜圖像集的頻率f做傅里葉變換得到瞬態圖像ix,y(t)。該方法從采集得到的有限工作頻率的圖像數據中提取出高次諧波分量，獲得更高頻率的信息，從而提高瞬態圖像的時間分辨率。
【專利說明】高時間分辨率的頻域瞬態成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學和計算機視覺領域，特別涉及一種高時間分辨率的頻域瞬態成像 方法。
【背景技術】
[0002] 對于一般成像系統來說光速可以認為是無窮大的，因此傳統圖像記錄的是在光照 穩定的條件下的對象的光響應。但是對象的光瞬態響應包含了更多的信息。采集對象的光 瞬態響應的信息的技術稱為瞬態成像。瞬態成像的一種方法是采用超高速的相機，并且需 要超短脈沖光源。這種方法屬于時域采集方案，其時間分辨率取決于相機的成像速度。缺點 為所采用的超高速成像系統系統和光源非常昂貴，而且采集過程復雜非常耗時。另一種方 法是采用調制成像系統，所需的系統與T0F(飛行時間）深度相機原理相同，區別在于深度 相機采用固定頻率的脈沖進行成像，而瞬態成像所用的調制成像系統需要用多個頻率分別 進行成像。這種方法屬于頻域采集方案，成像系統在每個工作頻率上采集的數據就是瞬態 圖像的在該頻率的頻譜，通過傅里葉變換及相關去噪算法或采用優化方法可以求解出瞬態 圖像。頻域瞬態成像的時間分辨率主要取決于調制成像系統的工作頻率。由于硬件系統的 限制，調制成像系統只能工作在有限的頻率范圍，這限制了得到的瞬態圖像的時間分辨率。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了克服現有技術中調制成像系統工作的頻率范圍有限導致瞬 態圖像的時間分辨率較低的技術缺陷，發明了一種高時間分辨率的頻域瞬態成像方法。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，該 方法包括以下步驟：1)通過調制成像系統對被測對象采集一組圖像集I x，y(f，Φ) ;2)從頻 率為f的所述圖像集Ix，y(f，Φ)中提取出基波圖像和諧波圖像I\ y(nf) ;3)對所述基波圖 像和所述諧波圖Inx，y(nf)像進行幅值和相位的校正；4)將校正后的所述基波圖像和所述諧 波圖像I\ y (nf)組成頻譜圖像集Ipx，y (f)，然后沿著所述頻譜圖像集的頻率f做傅里葉變換 得到瞬態圖像ix,y(t)。
[0005] 上述技術方案中，步驟1)中所述調制成像系統至少包括一個信號發生器、一個光 源及一個成像系統。
[0006] 上述技術方案中，步驟1)中所述通過調制成像系統對被測對象采集一組頻率為f 的圖像_ _
【權利要求】
1. 一種高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 通過調制成像系統對被測對象采集一組圖像集Ix，y(f，Φ); 2) 從頻率為f的所述圖像集Ix，y(f，Φ)中提取出基波圖像和諧波圖像rx， y(nf); 3) 對所述基波圖像和所述諧波圖像Inx，y(nf)進行幅值和相位的校正； 4) 將校正后的所述基波圖像和所述諧波圖像Inx，y(nf)組成頻譜圖像集Ipx， y(f)，然后 沿著所述頻譜圖像集的頻率f做傅里葉變換得到瞬態圖像ix，y(t)。
2. 根據權利要求1所述的高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在于，步驟1)中 所述調制成像系統至少包括一個信號發生器、一個光源及一個成像系統。
3. 根據權利要求2所述的高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在于，步驟1)中 所述通過調制成像系統對被測對象采集一組圖像集Ix，y(f，Φ)的步驟為： a) 所述信號發生器控制所述光源以頻率f發射方波信號，并控制所述成像系統的快門 以同頻率成像； b) 采集所述光源的控制信號和所述成像系統的快門的控制信號的相位差 為Φ時得到的圖像
及
得到的圖像
組成所述圖像集
_其中j為虛數符號。
4. 根據權利要求1所述的高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在于，步驟1)中 所述調制成像系統選擇從低到高的頻率范圍選擇等間隔工作頻率以及從〇到2 π的相位選 擇等間隔相位對被測對象進行采集圖像。
5. 根據權利要求1所述的高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在于，步驟2)中 從所述頻率為f的圖像集Ix，y(f，Φ)中提取出基波圖像和η次諧波圖像Inx， y(nf)的步驟 為：
6. 根據權利要求1-5任一項中所述的高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在 于，步驟3)中在對所述基波圖像和所述諧波圖像I nx，y(nf)進行幅值和相位的校正之前，先 對所述調制成像系統進行標定，其步驟為： A) 選取一個表面均勻的漫反射板，放置在所述調制成像系統之前； B) 對所述漫反射板進行數據采集，得到一組圖像Cx.Y(f，Φ); C) 采用參數化模型
擬合得到參數An(nf)和
7. 根據權利要求1所述的高時間分辨率的頻域瞬態成像方法，其特征在于，步驟4)將 校正后的所述基波圖像和所述諧波圖像I\y(nf)組成頻譜圖像集I px，y(f)的步驟中，如果 一個頻率點有多幅圖像，則保留基波圖像或最低次諧波的圖像；如果一個頻率點沒有圖像， 則用幅值線性插值和相位線性插值補足該頻率點的圖像。
【文檔編號】G06T5/50GK104156908SQ201410428227
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】林靖宇, 盧泉 申請人:廣西大學