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专利号: 2023111203418
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法,其特征在于,所述方法采用具体无干涉编码孔径相关全息术的装置包括单色LED、第一透镜、物体、第二透镜、偏振片、相位型空间光调制器PSLM(Phase spatial light modulator)、图像传感器,其中:所述单色LED发出的单色非相干光经过所述第一透镜聚焦到所述物体上,所述物体首先使用了25μm的针孔,近似看作在所述物体平面有一物点;所述物体到所述第二透镜的距离大小等于所述第二透镜的焦距,经过所述第二透镜后光束被准直;准直后的光束经过所述偏振片后入射到所述PSLM,所述偏振片偏振方向与所述PSLM的调制偏振轴对齐,所述PSLM上加载了编码相位掩膜CPM(Coded Phase Mask);经所述PSLM反射的光束入到所述图像传感器,所述图像传感器此时记录的图像作为点扩散函数;仅将所述物体处的针孔换成目标图像,光束传播过程与所述物体使用针孔时完全相同,此时所述图像传感器上记录的图像作为物体全息图;

所述方法包括以下三个步骤:S1,点扩散函数和物体全息图记录;S2,在非线性重建NLR(Non‑Linear Reconstruction)算法中引入Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器对记录的点扩散函数和物体全息图进行滤波处理;S3,调整参数,实现各项同性、各向异性和二阶微分边缘图像重建;

定义垂直光束传播方向的物体平面上任意一物点的像素点坐标为(xs,ys),垂直光束传播方向的CPM平面上像素点坐标为(x1,y1),垂直光束传播方向的图像传感器平面上像素点坐标为(x2,y2);

S1:记录所述点扩散函数和物体全息图,在无干涉编码孔径相关全息系统的所述物体平面依次放置针孔和目标图像,针孔位置和目标图像位置处在同一平面,在所述图像传感器上分别记录了针孔的强度分布IPSF和目标图像的强度分布IOBJ;

S2:通过在所述NLR算法中引入所述Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器对记录的所述点扩散函数频谱和物体全息图频谱进行滤波处理。在所述NLR算法中,首先需要改变所述物体全息图频谱和点扩散函数频谱,所述物体全息图频谱振幅改变m次幂,相位不变,点扩散函数频谱振幅改变n次幂,相位取负;将所述Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器、改变后的全息图频谱和改变后的点扩散函数频谱三者相乘,再傅里叶逆变换重建图像边缘;

S3:选择最佳图像边缘重建的点扩散函数频谱振幅幂次m和物体全息图频谱振幅幂次n,同时调整滤波器拓扑因子l、权重因子c和初始相位β,获得无干涉编码孔径相关全息系统的各项同性,各向异性和二阶微分边缘图像。

2.如权利要求1所述的一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法,其特征在于:在所述S1中,在所述物体平面放置针孔记录系统的点扩展函数,近似看做所述物平面有一物点 其振幅为 其表达式为式中,表示所述图像传感器的坐标(x2,y2), zs为所述物体平

面到所述CPM平面的距离,λ为所述单色LED的中心波长,

f0为所述第二透镜的焦距,所述第二透镜到所述CPM

平面的距离近似看作为0, 为所述CPM的相位, 为所述

CPM平面的坐标(x1,y1),zh为所述CPM平面到所述图像传感器平面的距离;

在所述物体平面的位置将针孔替换为目标图像,所述图像传感器记录物体全息图,其表达式为

式中,an为与物点相关的常数。因为使用非相干光照明,任意一个二维物体产生的强度分布可以视为点扩展函数强度的叠加。

3.如权利要求1所述的一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法,其特征在于:在所述S2中,所述Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器在频域的表达式为式中,(r,θ)为频域极坐标,ω1是控制最大振幅位置的参数,l1和l2为两个拓扑因子,β为初始相位,c为权重因子。初始相位β控制了各项异性边缘增强的方向,权重因子c决定了正、负涡旋的权重比,控制了边缘增强功率。

4.如权利要求1所述的一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法,其特征在于:在所述S2中,通过所述Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器对改变后的点扩散函数频谱和物体全息图频谱进行滤波处理,其表达式为式中, 为傅里叶变换。

对S取傅里叶逆变换,得到具有边缘检测功能的NLR图像重建算法,表达式如下式中, 为傅里叶逆变换。

5.如权利要求1所述的一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法,其特征在于:在所述S3中,选择最佳图像边缘重建的点扩散函数频谱振幅幂次m和物体全息图频谱振幅幂次n,调整拓扑因子l、权重因子c和初始相位β,得到各项同性、各向异性和二阶微分边缘图像重建。