基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法技術

本發明專利技術公開了一種基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，屬于光學全息掃描領域，具體包括菲涅爾干涉條紋的形成、目標物體全息圖的形成、參考物體全息圖的形成以及目標物體的空間距離提取這幾個步驟。本發明專利技術通過Wigner?distibution對目標物體以及參考物體的相位相關性進行時頻分析，進而得到一條包含目標物體軸向位置信息的斜線，求出該斜線的斜率即可獲取目標物體的軸向位置信息，從而實現對目標物體的軸向空間信息提取，適用性廣，實用性強，且提取到目標物體的空間距離精確度高。

【技術實現步驟摘要】
基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法
本專利技術涉及光學全息掃描領域，具體涉及一種基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法。
技術介紹
光學掃描全息技術(OSH)是數字全息技術的一個分支，它可以將三維物體的信息存儲為二維的全息圖，最早是由Poon和Korpel提出的。自該項技術提出以來，已在掃描全息顯微鏡、3D圖像識別以及3D光學遙感等領域得到了廣泛的應用。空間距離提取技術是OSH中一項重要的技術，它可以提取出待測物體的軸向位置信息，而待測物體的軸向位置信息是進行圖像重建的重要參數，因此，空間距離提取技術也具有了重要的研究價值。文獻《Three-dimensionalmatchingbyuseofphase-onlyholographicinformationandtheWignerdistribution》提出了利用Wigner分布來提取待測物體的軸向空間信息，但是該方法只能適用于兩個匹配的物體之間的距離提取，其本身具有局限性，適用范圍窄，實用性不強。而文獻《Blindsectionalimagereconstructionforopticalscanningholography》提出利用Prewitt算子提取重建圖像邊緣，這種方法具有較好的實用性，但是由于離焦噪聲邊緣的存在，影響了計算結果的精確度，準確性得不到保障。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決上述技術問題，提供一種基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法。該方法適用范圍廣，實用性強，且提取到目的物體的空間距離精確度高。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，包括以下步驟：(1)菲涅爾干涉條紋的形成：將激光通過第一偏振分束器分為光束A和光束B，光束A依次通過第一聲光調制器、第一擴束器、第一光瞳和第一凸透鏡，而光束B依次通過第二擴束器和第二光瞳后，再將光束A和光束B經過第二偏振分束器聚光干涉后形成菲涅爾干涉條紋；(2)目標物體全息圖的形成：利用菲涅爾干涉條紋對目標物體進行光學全息掃描，并通過光電檢測器接收掃描后的光信息，從而獲取目標物體的全息圖HT；(3)參考物體全息圖的形成：將目標物體的全息圖做傅里葉變換后，與帶有距離參數z1的傳統光學傳遞函數的頻域表達式的共軛相乘，再經過逆傅里葉變換，即可得到目標物體的重建圖，并將其作為參考物體；將參考物體置于z2，并記錄此時參考物體的全息圖HR；(4)目標物體的空間距離提?。簩⒛繕宋矬w以及參考物體的全息圖進行傅里葉變換后，提取兩者的相位全息相關信息，再將目標物體以及參考物體的相位相關信息進行逆傅里葉變換；然后利用Wignerdistribution對目標物體以及參考物體的相位全息相關信息的逆傅里葉變換進行時頻分析，由此可以獲得一條包含目標物體軸向位置信息的斜線，求出該斜線的斜率就可獲取目標物體的軸向位置信息，從而提取出目標物體的空間距離。具體的說，所述步驟(2)中，所述菲涅爾干涉條紋在目標物體所處軸向位置處的表達式為：其中，k0＝2π/λ代表波速，λ代表波長，x、y表示目標物體的空間坐標，z表示目標物體的軸向位置。具體的說，步驟(2)中所述的目標物體的全息圖具體表達式如下：其中，HT(x,y)表示目標物體的全息圖，T(x,y；z)表示目標物體的復振幅分布，代表卷積運算。具體的說，步驟(3)中所述的參考物體的具體表達式如下：R(x,y)＝F-1{F{HT}×F*{h(x,y；z1)}}其中，R(x,y)為目標物體的復振幅分布，z1表示目標物體重建的距離，F-1、F分別表示逆傅里葉變換以及傅里葉變換，*表示取共軛運算，HT表示目標物體的全息圖。更具體的，步驟(3)中所述的參考物體的全息圖表達式如下：HR(x,y)＝F-1{F{HT(x,y)}×F*{h(x,y；z1)}×F{h(x,y；z2)}}其中，HR(x,y)表示參考物體的全息圖，z2表示參考物體重建放置的軸向位置。具體的說，步驟(4)中所述的目標物體以及參考物體全息圖的相位相關信息表達式如下：其中，C(kx,ky)表示目標物體與參考物體在頻域中的相位相關信息。進一步的，步驟(4)中所述的目標物體以及參考物體全息圖的相位相關信息的逆傅里葉變換表達式如下：其中，c(x,y)表示目標物體與參考物體在時域中的相位相關信息。更進一步的，步驟(4)中所述的目標物體以及參考物體全息圖的相位相關信息的Wignerdistribution的表達式如下：由此可以看出，目標物體以及參考物體的相位全息相關性的時頻關系可由如下式子表示：由此式可知，該直線的斜率就包含了物體的軸向位置z的信息，令Δz＝2z+z2-z1，則此式表示為：只要計算出該斜線的斜率，就可以知道Δz，則目標物體的軸向位置信息為：與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：(1)本專利技術首先是對目標物體在某一位置進行重建，并將重建圖像作為參考物體；其次，獲取目標物體以及參考物體的全息圖，并對目標物體以及參考物體提取相位相關性信息；最后，利用Wignerdistribution對相位全息相關性進行時頻分析，從而提取目標物體的軸向位置信息。主要解決了自動尋找目標物體的軸向位置的問題，可有效地解決匹配物體間的位置探測的問題。(2)本專利技術是通過Wignerdistibution對目標物體以及參考物體的相位相關性進行時頻分析，進而得到一條包含目標物體軸向位置信息的斜線，求出該斜線的斜率即可獲取目標物體的軸向位置信息，從而實現對目標物體的軸向空間信息提取，該方法設計合理，操作簡單，且得到的目標物體的空間距離準確性高。(3)本專利技術可利用目標物體的全息圖構建參考物體，并記錄參考物體的全息圖；再利用Wignerdistribution對目標物體以及參考物體的相位相關性進行時頻分析實現對單個目標物體的軸向空間信息提取，適用性廣，實用性強。附圖說明圖1為本專利技術的流程框圖。圖2為本專利技術菲涅爾干涉條紋的形成示意圖。圖3為本專利技術實施例的目標物體示意圖；圖4為本專利技術實施例的目標物體全息圖；圖5為本專利技術實施例的參考物體；圖6為本專利技術實施例的對參考物體的全息圖；圖7為本專利技術實施例目標物體與參考物體相位全息相關性的時頻關系圖。具體實施方式下面結合附圖說明和實施例對本專利技術作進一步說明，本專利技術的方式包括但不僅限于以下實施例。本實施例的目的是提供一種基于相位相關性的全息掃描空間位置提取方法。如圖1所示，該方法包括以下步驟：(1)菲涅爾干涉條紋的形成如圖2所示，由同一光源發出的角頻率為ω0的光被第一個偏振分束器BS1分成光束A和光束B，光束A通過聲光調制器AOFS、擴束器BE1以及光瞳p1(x,y)，形成球面波；光束A經過擴束器BE2以及光瞳p2(x,y)，形成平面波；兩束光分別通過透鏡L1、L2后，在第二個偏振分束器BS2處干涉形成菲涅爾干涉條紋，其在如圖3所示的目標物體所處軸向空間上的表達式如下：其中，k0＝2π/λ代表波速，λ代表波長，x、y表示目標物體的空間坐標，z表示目標物體的軸向位置。(2)目標物體全息圖的形成通過X-Y掃描鏡使菲涅爾干涉條紋對目標物體進行掃描，并利用光電檢測器PD接收掃描后的光信息，從而獲得如圖4所示的目標物體的全息圖，其中(a)、(b)分別是目標物體全息本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)菲涅爾干涉條紋的形成：將激光通過第一偏振分束器分為光束A和光束B，光束A依次通過第一聲光調制器、第一擴束器、第一光瞳和第一凸透鏡，而光束B依次通過第二擴束器和第二光瞳后，再將光束A和光束B經過第二偏振分束器聚光干涉后形成菲涅爾干涉條紋；(2)目標物體全息圖的形成：利用菲涅爾干涉條紋對目標物體進行光學全息掃描，并通過光電檢測器接收掃描后的光信息，從而獲取目標物體的全息圖H

【技術特征摘要】
1.基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)菲涅爾干涉條紋的形成：將激光通過第一偏振分束器分為光束A和光束B，光束A依次通過第一聲光調制器、第一擴束器、第一光瞳和第一凸透鏡，而光束B依次通過第二擴束器和第二光瞳后，再將光束A和光束B經過第二偏振分束器聚光干涉后形成菲涅爾干涉條紋；(2)目標物體全息圖的形成：利用菲涅爾干涉條紋對目標物體進行光學全息掃描，并通過光電檢測器接收掃描后的光信息，從而獲取目標物體的全息圖HT；(3)參考物體全息圖的形成：將目標物體的全息圖做傅里葉變換后，與帶有距離參數z1的傳統光學傳遞函數的頻域表達式的共軛相乘，再經過逆傅里葉變換，即可得到目標物體的重建圖，并將其作為參考物體；將參考物體置于z2，并記錄此時參考物體的全息圖HR；(4)目標物體的空間距離提?。簩⒛繕宋矬w以及參考物體的全息圖進行傅里葉變換后，提取兩者的相位全息相關信息，再將目標物體以及參考物體的相位相關信息進行逆傅里葉變換；然后利用Wignerdistribution對目標物體以及參考物體的相位全息相關信息的逆傅里葉變換進行時頻分析，由此可以獲得一條包含目標物體軸向位置信息的斜線，求出該斜線的斜率就可獲取目標物體的軸向位置信息，從而提取出目標物體的空間距離。2.根據權利要求1所述的基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述菲涅爾干涉條紋在目標物體所處軸向位置處的表達式為：其中，k0＝2π/λ代表波速，λ代表波長，x、y表示目標物體的橫向空間坐標，z表示目標物體的軸向位置。3.根據權利要求2所述的基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，其特征在于，步驟(2)中所述的目標物體的全息圖具體表達式如下：其中，HT(x,y)表示目標物體的全息圖，T(x,y；z)表示目標物體的復振幅分布，代表卷積運算。4.根據權利要求3所述的基于相位全息相關性的全息掃描空間距離提取方法，其特征在于，步驟(3)中所述的參考物體的具體表達式如下：R(x,y)＝F-1{F{HT}×F*{h(x,y；z1)}}其中，R(x,y)為目標物...

【專利技術屬性】
技術研發人員：歐海燕，王馨，邵維，王秉中，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51