無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法及存儲介質技術

本發明專利技術的一種無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法及存儲介質，其方法包括首先，可以在對偶域(空間域或傅里葉域)中生成優化的隨機相位，可用于非迭代生成不同目標圖像對應的全息圖；其次，在空間域松弛圖像支撐約束用于圖像空間具有任意支撐目標圖像的全息圖生成；最后，對于不同窗口大小目標圖像，引入裁塊操作，裁取相應大小的DD

【技術實現步驟摘要】
無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法及存儲介質


[0001]本專利技術涉及礦井各類抽放鉆孔封孔領域，具體涉及一種無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法。

技術介紹

[0002]計算機生成全息圖(Computer
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Generated
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Holograms，CGH)是一個廣泛的研究領域，它可以利用大量的計算方法來編碼重現光場全息圖所需的信息，同時結合數字處理方法消除噪聲來提高全息圖的質量。純相位全息圖具有較高的光學效率且記錄著重建目標的重要信息，廣泛應用于圖像重建與再現，純相位空間光調制器的不斷發展可以實現動態上傳計算機生成的相位全息圖。相位全息圖相比于振幅全息圖具有較高的衍射效率，且不會產生共軛圖像，同時，優化的相位全息圖可以實現高質量的光學重建，因此，在需要高光學效率和緊湊配置的應用中選擇生成相位全息圖更加可取。計算機生成的全息圖(CGHs)有許多應用，包括光束整形、光學加密、光鑷、近眼顯示和全息顯示器。
[0003]純相位全息圖生成方法主要分為迭代方法和非迭代方法。最常見的迭代方法是Gerchberg
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Saxton(GS)迭代算法，由于該算法可以實現相位信息的高精度重構，在CGH生成中得到了廣泛的應用。該方法提高了全息圖生成的質量，可實現相位全息圖的直接生成，特別是對于由復雜分布編碼的純相位全息圖。但由于產生單幅全息圖需要多次迭代，計算時間成為限制實時全息顯示的重要因素。
[0004]為了節約計算成本，提高全息圖生成的速度，2018年，Alejandro Velez Zea et al.提出了一種非迭代優化的隨機相位(Optimized Random Phase,ORAP)全息圖生成方法。對于給定的光學系統，ORAP可以用于產生任意數量的目標光場的全息圖，大大節約CGH的生成時間。然而，ORAP非迭代方法受到支撐大小與窗口尺寸的雙重限制，在面臨不同尺寸目標圖像時需要重新生成對應的ORAP，受光學系統參數的影響，靈活性受到一定的限制。
[0005]具體的說，傳統生成CGH的迭代方法是GS(GS algorithm)算法，是一種在SLM平面(頻域)和重建平面(空間域)之間交替投影的迭代過程，該算法使用幅度約束至迭代收斂以獲得高質量相位全息圖。然而由于受限于振幅的約束，導致迭代難以收斂，因此GS算法往往停滯到局部最小值，故存在重建圖像衍射效率低、收斂速度有限，容易陷入停滯等缺點。
[0006]優化的隨機相位(ORAP)方法可以實現非迭代快速生成任意振幅目標的相位全息圖，其基本原理是通過GS算法在迭代過程中對不同目標平面采用不同的振幅約束，收斂后取出空間域相位作為ORAP。對于給定的光學系統，ORAP可以用于非迭代生成與目標窗口尺寸和支撐大小相同的相位全息圖。
[0007]由于傅里葉變換的采樣定理，對于給定的光學系統，窗口振幅與重建平面振幅的采樣點數必須一致，因此窗口振幅需要根據具體的目標圖像設置采樣參數，其中信號區域設置成目標圖像的像素數目，窗口其余部分設定為非信號區域。一旦光學系統參數被改變時，受目標支撐大小和窗口尺寸的雙重限制，需要重新準備預先窗口振幅，面對大量不同支撐目標時，ORAP的靈活性受限，需要額外的計算成本。

技術實現思路

[0008]本專利技術提出的一種無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法，可至少解決上述技術問題之一。
[0009]為實現上述目的，本專利技術采用了以下技術方案：
[0010]一種無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法，包括以下步驟，
[0011]S1、首先通過初始化模塊對空間域復振幅進行初始化；
[0012]S2、經過生成模塊Generation module得到大尺寸DD
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ORAP；
[0013]S3、再將已生成的大尺寸DD
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ORAP添加到剪裁模塊Cropping module，從DD
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ORAP的任意區域內剪裁出與目標窗口相同的相位全息圖作為TCF
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DD
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ORAP；
[0014]S4、重建目標。
[0015]進一步的，所述步驟S1具體包括：
[0016]在初始化模塊中，隨機生成一個窗口大小的相位掩膜，然后將其與全支撐窗口振幅組成一個初始化復振幅目標。
[0017]進一步的，所述S2具體包括，
[0018]在生成模塊中，將初始化目標通過2DIFT后投入傳統的GS迭代循環中，隨后目標在空間域和頻域之間反復迭代；當生成頻域新目標時，采用SLM振幅即滿支撐單位振幅替換新目標振幅，保留其相位信息；
[0019]在空間域同樣采用全支撐窗口振幅即滿支撐單位振幅進行約束；當GS算法迭代收斂后，選擇空間域/頻域的相位信息SD
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ORAP/FD
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ORAP統稱為DD
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ORAP。
[0020]進一步的，所述步驟S3具體包括，
[0021]在剪裁模塊中，將與窗口尺寸相同的DD
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ORAP作為輸入，按照需要重建的目標振幅尺寸，在大尺寸DD
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ORAP區域內任意裁剪相同大小的小尺寸DD
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ORAP作為TCF
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DD
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ORAP。
[0022]進一步的，所述步驟S4具體包括，
[0023]在重建模塊中，將已剪裁的TCF
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DD
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ORAP與目標振幅組成復振幅目標，目標通過2DIFT分別得到相應的振幅全息圖和相位全息圖，將生成的振幅全息圖更換為單位振幅全息圖，即運用僅相位全息圖通過2DFT重建出目標振幅與目標相位。
[0024]另一方面，本專利技術還公開一種計算機可讀存儲介質，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時，使得所述處理器執行如上述方法的步驟。
[0025]由上述技術方案可知，本專利技術的無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法，為了克服優化的隨機相位(ORAP)非迭代全息圖生成方法面臨的對象支撐(位置、大小和形狀)和圖像空間窗口尺寸固定的雙重限制，本專利技術提出了一種無雙重約束的對偶域優化隨機相位(Two
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Constraint
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Free Dual
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Domain Optimized Random Phase,TCF
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DD
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ORAP)全息圖生成方法。首先，可以在對偶域(空間域或傅里葉域)中生成優化的隨機相位(DD
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ORAP)，可用于非迭代生成不同目標圖像對應的全息圖；其次，在空間域松弛圖像支撐約束(位置、大小和形狀)用于圖像空間具有任意支撐目標圖像的全息圖生成；最后，對于不同窗口大小目標圖像，引入裁塊(Crop)操作，裁取相應大小的DD
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ORAP用于快速生成CGH。本專利技術提出的TCF...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法，其特征在于包括以下步驟，S1、首先通過初始化模塊對空間域復振幅進行初始化；S2、經過生成模塊Generation module得到大尺寸DD
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ORAP；S3、再將已生成的大尺寸DD
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ORAP添加到剪裁模塊Cropping module，從DD
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ORAP的任意區域內剪裁出與目標窗口相同的相位全息圖作為TCF
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DD
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ORAP；S4、重建目標。2.根據權利要求1所述的無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法，其特征在于：所述步驟S1具體包括：在初始化模塊中，隨機生成一個窗口大小的相位掩膜，然后將其與全支撐窗口振幅組成一個初始化復振幅目標。3.根據權利要求2所述的無雙約束的雙域優化隨機相位全息圖生成方法，其特征在于：所述S2具體包括，在生成模塊中，將初始化目標通過2DIFT后投入傳統的GS迭代循環中，隨后目標在空間域和頻域之間反復迭代；當生成頻域新目標時，采用SLM振幅即滿支撐單位振幅替換新目標振幅，保留其相位信息；在空間域同樣采用全支撐窗口振幅即滿支撐單位振幅進行約束；當GS算法迭代收斂后，選擇空間域...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張成，張莉茹，張如，陳明生，程鴻，沈川，章權兵，韋穗，
申請(專利權)人：安徽大學，
類型：發明
國別省市：