[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

说明书

本发明提供了一种利用涡旋光变形测量物体位移的方法、装置及系统，该方法包括：信息发射子系统发射预先调制的涡旋波束；信息接收子系统接收涡旋波束，以及根据涡旋波束得到对应的光斑图像；根据图像匹配法进行匹配，得到与光斑图像匹配的历史光斑图像；图像库存储有历史光斑图像及历史光斑图像对应的收发端位移，收发端位移由历史光斑图像的光斑横向偏移计算得到，且历史光斑图像与光斑图像对应的传播距离相同；获取收发端位移作为目标物体的位移。本发明实施例通过光斑横向偏移计算方式建立图像库，在实际测量中进行图像匹配，通过匹配图像的收发端位移确定物体位移，可以降低位移测量的计算复杂程度。

技术领域

本发明涉及位移测量技术领域，具体而言，涉及一种利用涡旋光变形测量物体位移的方法、装置及系统。

背景技术

现有利用光学测量位移的方法，通常设置有一个光源和一个光检测器，其原理为：两束平面光在产生微小偏移时，通过对比两束平面光之间的偏移可以得到位移值。在上述方法的基础上，还可以共同使用涡旋光与平面光，通过改变相位可以得到多组图像的信息，然后进行图像对比得到位移值，相对于只使用平面光，在测量过程中可以减少计算量，但是计算过程依然比较繁琐。

发明内容

本发明解决的是现有光学测量位移方法计算过程繁琐的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种利用涡旋光变形测量物体位移的方法，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，所述光斑图像的特征为光斑的强度分布特征。