[发明专利]一种离轴扫描全息三维目标实时联合变换识别系统及方法

说明书

本发明公开了一种离轴扫描全息三维目标实时联合变换识别系统及方法，属于光学扫描全息三维物体实时识别技术领域。所述识别系统包括激光器，空间滤波器，第一透镜，第一分束镜，第一反光镜，第二透镜，快门，第二反光镜，第二分束镜，第一载物台，第三透镜，第一光电探测器，计算机，第三反光镜，空间光调制器，第四透镜，第二载物台，第二光电探测器，实时显示器；本发明采用离轴扫描全息记录三维物体信息，省去传统光学扫描全息中复杂的电学信号处理单元，简化了系统的光路，提高系统三维目标物体的识别效率。本发明利用光学联合变换实现对三维物体全息图的识别，不存在匹配相关滤波识别中精确定位点的问题，结构灵活，易于实现相关运算。

技术领域

本发明涉及光学扫描全息技术领域，具体涉及一种离轴扫描全息三维目标实时联合变换识别系统及方法。

背景技术

三维物体识别技术可用于3D显微镜，生物医学成像和识别，机器人视觉以及光学遥感等领域，相比传统二维图像识别，三维物体识别具有识别灵敏度高的优势。由于一般的光学系统记录物体信息只包含强度信息，而不包含物体相位信息，进而只能对物体二维信息进行处理,因此不能直接实现三维物体的识别。

光学扫描全息(Optical Scanning Holography，OSH)是由美国弗吉尼亚理工大学Ting-Chung Poon教授等人提出的一种结合光电混合技术的特殊数字全息术。该技术可以实现非相干实时记录，通过对物体进行一次二维光学外差扫描即可获取三维对象的全部数据信息，虽然OSH可有效避免传统全息术存在的孪生像、零级斑等问题，但其系统中存在较为复杂的电信号相关的处理单元。

文献“光学扫描全息术及其计算机仿真”从理论上证明OSH中的光学外差是多余的，提出了一种无外差式扫描全息光路，简化了OSH系统光路，但记录的信息为同轴全息图，需要数字图像处理技术进一步解决孪生像、零级斑等问题。

有文献提出基于双光瞳光学外差扫描的三维图像识别技术，并利用纯相位全息信息和维格纳分布进行三维图像匹配识别，且通过计算机仿真验证所提方法的可行性，但该系统在信号处理过程中仍存在电学信号处理单元，系统光路较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离轴扫描全息三维目标实时联合变换识别系统，包括激光器1、空间滤波器2、第一透镜3、第一分束镜4、第一反光镜5、第二透镜6、快门7、第二反光镜8、第二分束镜9、第一载物台10、第三透镜11、第一光电探测器12、计算机13、第三反光镜14、空间光调制器15、第四透镜16、第二载物台17、第二光电探测器18、实时显示器19，所述激光器1出射光光轴方向与空间滤波器2中心保持一致，空间滤波器2置于第一透镜3和激光器1之间，且空间滤波器2与第一透镜3之间的距离为第一透镜3的焦距长；第一分束镜4垂直置于第一透镜3透射光的方向；第一反光镜5置于第一分束镜4反射光的方向；第二透镜6垂直置于第一反光镜5和快门7之间；第二反光镜8置于第一分束镜4透射光的方向；第二分束镜9置于第二透镜6透射光与第二反光镜8反射光交汇处；第一载物台10上放置待识别的三维目标物体；第三透镜11垂直置于第一载物台10和第一光电探测器12之间，第一光电探测器12与计算机13相连；第三反光镜14置于第二分束镜9透射光的方向，空间光调制器15垂直置于第三反光镜14反射光的方向，并与计算机13相连；第四透镜16置于空间光调制器15和第二载物台17之间，其中空间光调制器15位于第四透镜16的前焦面上；第二载物台17上放置的啁啾光栅位于第四透镜16的后焦面上；第二光电探测器18紧贴啁啾光栅放置，且与实时显示器19直接相连。

本发明的另一目的在于提供一种离轴扫描全息三维目标实时联合变换识别方法，包括如下步骤：

(1)激光器1出射的平行光准直后经空间滤波器2调制为发散的球面波，球面光束经过第一透镜3形成平面波；平面波经第一分束镜4分为两路，其中透射光路经第二反光镜8与反射光路经第一反光镜5、第二透镜6、快门7在第二分束镜9汇合，调整第二反光镜8，使平面波经第二分束镜9后与球面波波矢方向成偏转角θ，且在物平面发生干涉，形成离轴菲涅尔波带板并作为扫描光束。