[发明专利]一种基于超构表面的光学边缘检测设计方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于超构表面的光学边缘检测设计方法及装置，通过设计偏振多通道超构透镜的焦点分布，该透镜是通过调控纳米柱子的面内尺寸和面向角，单个纳米柱最多可以编码三套独立的透镜相位，赋予不同的透镜不同的偏振信息，使得不同的焦点所成的像发生重叠，通过对重叠的像进行偏振滤光可得到成像物体的轮廓，不同的偏振光的组合可获得不同的物体边缘检测的方法。且此边缘检测的装置可在整个可见光内甚至近红外区域都可用。

技术领域

本发明涉及微纳光学及光学成像领域，特别是涉及一种基于超构表面的光学边缘检测设计方法及装置。

背景技术

图像的边缘检测广泛应用于现代计算器视觉中，它剔除了图像中可以认为不相关的信息，因此能够大幅度的减少数据量的存储与处理，而且又能保留图像的结构属性，然而基于计算机视觉的图像处理会受到以下几个因素的影响，1)有限场景深度带来的聚焦模糊，2)非零半径光源带来的半影模糊，3)光滑物体边缘的阴影，4)物体边缘附近的局部镜面反射或者漫反射等等。它需要成像系统与处理系统两大块协同工作，体积大，设备笨重，造价昂贵。超构表面是由一系列交错单元排列组合而成的，其每个像素可视为一个双折射晶体，因而对偏振的敏感性是其与生俱来的优势之一。基于超构表面的光学边缘检测无需计算机处理，通过对物体的实时偏振成像，运用光学的处理方式处理，相对于计算机视觉处理而言，此方法速度更快，也无需计算机来计算，节省资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超构表面的光学边缘检测设计方法及装置。能够实现对任意物体的边缘检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下的方案：

一种偏振多通道的超构透镜，其特征在于，包括由电介质纳米柱阵列和衬底所组成，电介质纳米柱通过一定的方式固定在衬底上。

具体的，此一定的方式包括ALD原子层沉积、离子束溅射、电子束蒸发、热蒸发、ICP电感耦合等离子体、IBE离子束刻蚀等方式。

所述的偏振多通道的超构透镜，所述的电介质纳米柱，衬底材料为一切可用于构造的光学材料，其纳米柱的形状包括圆，矩形等任意规则或者不规则的形状。

所述的单个像素中的电介质纳米柱数量没有限制，可以为单个，也可以为多个。

一种偏振多通道超构透镜的可控焦点分布，将透镜相位与闪耀光栅相位相结合(其相位公式可用公式1表示)，使得透镜的焦点偏离中心位置，每一套透镜都携带着不同的偏振信息，该透镜的焦点个数可根据需求设计，且若需实现本发明内容中的效果，其焦点数量应大于等于三个，将以三个焦点的偏振多通道超构透镜予以示例。

其中λ是工作波长，f_i是第i个透镜的焦距，此处所有透镜的焦距都是设计成一样的，是在焦点在x方向的离轴角，是在焦点在y方向的离轴角。

对重叠的像进行偏振滤光可得到成像物体的轮廓，不同的偏振光的组合可获得不同的物体边缘检测的方法，通过调控焦点的距离控制两个成像的偏移范围，由于不同的透镜所携带的偏振信息不同，因此，当两束不同的偏振光叠加时，叠加部分的偏振态将发生变化，而非叠加部分的偏振态并没有发生改变，此时通过偏振片滤除叠加部分的偏振光便可得到物体的边缘部分。

所述控制焦点的距离是通过修改透镜的聚焦公式得到的，使得焦点偏离透镜的光轴线。

所述的滤除叠加偏振获得物体边缘信息，叠加部分的偏振光为非叠加偏振光的矢量和，非叠加偏振光包括线偏振光，圆偏振光等等，需要明晰的是只要是两束偏振光和叠加的偏振光可以通过光学系统分离的偏振光都是符合要求的，均在此专利的保护范围内。