[发明专利]利用涡旋光变形测量物体位移的方法、装置及系统

权利要求书

1.一种利用涡旋光变形测量物体位移的方法，其特征在于，应用于物体位移测量系统，所述物体位移测量系统包括信息发射子系统和信息接收子系统，所述信息发射子系统或所述信息接收子系统固定设置于目标物体上，所述方法包括：

所述信息发射子系统发射预先调制的涡旋波束；

所述信息接收子系统接收所述涡旋波束，以及根据所述涡旋波束得到对应的光斑图像；

根据图像匹配法对所述光斑图像与预先建立的图像库进行匹配，得到与所述光斑图像匹配的历史光斑图像；所述图像库存储有历史光斑图像及所述历史光斑图像对应的收发端位移，所述收发端位移由所述历史光斑图像的光斑横向偏移计算得到，且所述历史光斑图像与所述光斑图像对应的传播距离相同；

获取与所述光斑图像匹配的历史光斑图像对应的收发端位移，作为所述目标物体的位移。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在预设传输距离上多次接收涡旋波束，以及根据所述涡旋波束得到对应的多个历史光斑图像；各所述涡旋波束对应的信息发射子系统与信息接收子系统之间收发端位移不同；

根据各所述历史光斑图像的光斑横向偏移计算收发端位移；

将所述历史光斑图像及对应的所述收发端位移存储至所述图像库。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光斑横向偏移的计算基于以下公式：

其中，u(r,Φ,z)为在传输距离z处圆柱坐标系下未对准光束的表达式，r，Φ，z分别表示在圆柱坐标系中的一点的径向距离、方位角、高度，(x，y)为光束的横向偏移坐标且(x，y)＝(dcosξ，dsinξ)，d为光束轴和接收系统轴之间的偏移距离，ξ为光束轴的偏移方向，β与光束偏离角γ相关且β＝ksinγ，η为光束方位角，A为归一化常数，z₀为瑞利距离，w为光斑半径，s为拓扑荷。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据图像匹配法对所述光斑图像与预先建立的图像库进行匹配，得到与所述光斑图像匹配的历史光斑图像，包括：

提取所述光斑图像的特征；

将所述光斑图像的特征与预先建立的图像库中的各历史光斑图像的特征进行对比，得到满足匹配条件的历史光斑图像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光斑图像的特征为光斑的强度分布特征。

6.一种利用涡旋光变形测量物体位移的装置，其特征在于，应用于物体位移测量系统，所述物体位移测量系统包括信息发射子系统和信息接收子系统，所述信息发射子系统或所述信息接收子系统固定设置于目标物体上，所述装置包括：

发射模块，用于所述信息发射子系统发射预先调制的涡旋波束；

接收模块，用于所述信息接收子系统接收所述涡旋波束，以及根据所述涡旋波束得到对应的光斑图像；

匹配模块，用于根据图像匹配法对所述光斑图像与预先建立的图像库进行匹配，得到与所述光斑图像匹配的历史光斑图像；所述图像库存储有历史光斑图像及所述历史光斑图像对应的收发端位移，所述收发端位移由所述历史光斑图像的光斑横向偏移计算得到，且所述历史光斑图像与所述光斑图像对应的传播距离相同；

确定模块，用于获取与所述光斑图像匹配的历史光斑图像对应的收发端位移，作为所述目标物体的位移。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括图像库建立模块，用于：

在预设传输距离上多次接收涡旋波束，以及根据所述涡旋波束得到对应的多个历史光斑图像；各所述涡旋波束对应的信息发射子系统与信息接收子系统之间收发端位移不同；

根据各所述历史光斑图像的光斑横向偏移计算收发端位移；

将所述历史光斑图像及对应的所述收发端位移存储至所述图像库。