用于光学图像处理的二维全光负反馈系统技术方案

本发明专利技术公开一种用于光学图像处理的二维全光负反馈系统，包括图像加载设备、光信号迭加设备、振幅放大设备、振幅衰减设备以及相位调节设备；通过振幅放大设备将加载有输入图像的光学图像信号进行振幅放大，然后经振幅衰减设备将反馈光信号反馈回闭环回路，利用相位调节设备实现反馈光信号的相位调节，最终使得反馈光信号与输入光信号的相位满足负反馈条件；反馈光信号与输入光信号经光信号迭加设备实现迭加，系统通过分析输出光学图像信号，可自适应调节闭环回路光学器件的位置并实现相干光信号的迭加及其波矢对齐。能有效应用于图像增强、图像传输及微弱图像探测等众多领域，相对传统方法，它可在实现全光负反馈的同时降低系统误差。

【技术实现步骤摘要】
用于光学图像处理的二维全光负反馈系统
本专利技术涉及一种基于负反馈原理的光学图像处理技术，具体地讲，是一种用于光学图像处理的二维全光负反馈系统。
技术介绍
目前，基于光学的反馈系统很多，主要集中在基于波前探测与波前补偿原理的自适应光学系统，基于激光谐振器原理的相干光反馈系统，以及基于探讨光折变晶体材料性质的全光反馈系统。在基于波前探测与波前补偿原理的自适应光学系统中，反馈的实现是控制器利用波前探测结果调节反馈进行波前补偿，控制器输入信号实质是电信号，整个反馈回路是基于光-电-光转换完成；也有采用光寻址空间光调制器实现光信息的调制，不过此类系统中，光信息的传递是基于物理媒质的固有特性来实现，实质是光-物理媒质-光的传递过程，光的传输路径并未闭合；基于激光谐振器原理的反馈系统是利用反馈对谐振腔内光波的波长及波矢进行选择，以获取具有良好方向性与相干性的输出光信号；基于探讨光折变晶体材料性质的反馈系统中，主要是根据系统输出来分析晶体对相干光振幅或相位的影响。现有的光学反馈系统中，基于光-电-光或者光-物理媒质-光的反馈系统实质是在反馈环路中引入了隔离信号，并非全光信号的闭环，且电信号的处理速度制约了系统整体工作速度；基于探讨光折变晶体材料性质的全光反馈系统与基于激光谐振器原理的相干光反馈系统输出的光信息体现系统材料特性或光路参数，并未直接应用于光学图像处理中。
技术实现思路
针对现有光学反馈系统的应用局限与不足，本专利技术提供了一种基于负反馈原理的相干光学图像处理技术，针对图像增强、图像传输以及微弱图像探测等应用的需求，提出了一种用于光学图像处理的二维全光负反馈系统，在保证波矢对齐的同时，实现全光反馈。为了达到上述目的，本专利技术所采用的具体的技术方案如下:—种用于光学图像处理的二维全光负反馈系统，其关键在于:包括用于实现相干光源与输入图像相加载的图像加载设备；用于实现输入光学图像信息与反馈光学图像信息相迭加的光信号迭加设备；用于实现输出光学图像信息放大的振幅放大设备；用于实现反馈衰减的振幅衰减设备；以及用于实现反馈支路光信号相位调节的相位调节设备；其中:所述图像加载设备输出的光学图像信息作为光信号迭加设备的原始信号输入，所述相位调节设备输出的光学图像信息作为光信号迭加设备的反馈信号输入，所述光信号迭加设备输出的光学图像信息经过振幅放大设备后作为输出图像输出，同时，振幅放大设备输出的光学图像信息还经过振幅衰减设备送入所述相位调节设备中。基于上述系统设计，振幅放大设备可以实现光学图像信息的放大，再通过振幅衰减设备同时实现反馈光学图像信息的获取和幅度衰减，利用相位调节设备对反馈光学图像信息的波前相位进行校正，最后通过光信号迭加设备将输入光学图像信息与反馈光学图像信息相迭加，整个闭环系统中，光学图像完全经过光路实现反馈迭加，反馈支路中的相位调节设备仅仅改变反馈光信号的相位，无光-电-光转换环节，该系统为全光负反馈结构，处理速度快，可以实现高速、并行、大容量的光学图像处理。作为进一步描述，所述相干光源由氦氖激光器产生，并依次经过针孔滤波器和准直透镜进行光线准直，在所述准直透镜的后方设置有振幅型空间光调制器，该振幅型空间光调制器作为所述图像加载设备来加载输入图像，该振幅型空间光调制器输出的光学图像信息作为原始信号输入到第二分光镜中，在第二分光镜的输出方向依次设置有第一傅里叶透镜、光折变晶体以及第二傅里叶透镜，其中，第一傅里叶透镜的后焦面与第二傅里叶透镜的前焦面对齐，且在该对齐位置处安装所述光折变晶体，该光折变晶体作为所述振幅放大设备实现输出光学图像信息放大，在所述第二傅里叶透镜的输出方向设置有第三分光镜，该第三分光镜作为所述振幅衰减设备实现反馈衰减，在所述第三分光镜的透射方向获取输出图像，在所述第三分光镜的反射方向设置有相位型空间光调制器，该相位型空间光调制器用于获取反馈光学图像信息并作为所述相位调节设备实现反馈支路光信号的相位调节，在相位型空间光调制器的输出方向依次设置有第三傅里叶透镜和第四傅里叶透镜，相位型空间光调制器通过所述第三傅里叶透镜和第四傅里叶透镜后将反馈图像信息投射到所述第二分光镜中，利用第二分光镜作为所述光信号迭加设备实现输入光学图像信息与反馈光学图像信息的迭加。氦氖激光器主要用于产生相干光源，该相干光源经过准直后在振幅型空间光调制器上实现输入图像的加载，振幅型空间光调制器输出的光学图像信息通过第二分光镜透射进入反馈回路中，在该回路中，光学图像信息先通过光折变晶体实现振幅增强，振幅增强后的光学图像信息一方面经过第三分光镜透射实现图像输出，另一方面通过第三分光镜将光学图像信息反射到反馈支路中，同时实现反馈衰减。在反馈过程中，使用相位型空间光调制器对反馈光信号的波前相位进行校正，以使得反馈光学图像信号的相位与输入光学图像信号的相位差接近η/2的奇数倍，相位校正后的光学图像经过光路转换后最终投射到所述第二分光镜中实现反馈迭加，由于采用相干偏振光，迭加后的信号再次进入光闭环回来，通过调节闭环回路中各个光学设备的位置以及相位校正，实现反馈信号与输入信号的波前近似平行，且在整个干涉面内，两路信号的相位差接近η/2的奇数倍。当两路信号相位差接近η/2的奇数倍且误差不超过π/4的波长时，则实现了反馈信号对输入光信号的削弱。光折变晶体对反馈光信号与输入光信号的干涉迭加信号反复进行振幅放大，在保证反馈光信号与输入光信号的相位差满足条件的情况下，可稳定光折变晶体对光信号的放大系数，最终全光实现整个反馈回路。为了实现相干光偏振，在所述振幅型空间光调制器的前后还分别设置有第一偏振片和第二偏振片。由于光折变晶体在实现振幅放大的时候需要添加泵浦光源，为了简化系统结构，所述准直透镜的后方设置有第一分光镜，该第一分光镜的透射光射入所述振幅型空间光调制器中，该第一分光镜的反射光经过第三偏振片入射到第一反光镜中，在第一反光镜的反射光路上设置有第五傅里叶透镜，所述第五傅里叶透镜与所述第一傅里叶透镜汇聚输出的光信号按相同的入射角对称入射至所述光折变晶体中。通过第一分光镜将氦氖激光器产生的相干光分为两束光强不同但是偏振方向相同的光束，其中较强一束光束作为光学图像信息振幅放大过程中的泵浦光信号，通过第三偏振片、第一反光镜以及第五傅里叶透镜投射到所述光折变晶体中，较弱一束光束调制为光学图像信息后，由第一分光镜的透射方向进入闭环回路。光折变晶体在泵浦光信号作用下产生二波耦合，加载有输入图像的弱光信号经耦合后振幅增大，相位不变，第一傅里叶透镜和第五傅里叶透镜在信号光与泵浦光进入光折变晶体之前进行聚焦，从而提高信号光与泵浦光的放大增益。为了实现反馈信号相位的自动校正以及反馈信号与输入信号的波矢对齐，在所述第四傅里叶透镜的输出光路上设置有第四分光镜，通过该第四分光镜将第四傅里叶透镜输出的反馈光学图像信息反射到所述第二分光镜中，在所述第三分光镜的透射光路上设置有CCD光电耦合器，在所述第四分光镜的透射光路上设置有波前传感器，所述相位型空间光调制器安装在电控方位调节器上，所述CCD光电耦合器、波前传感器、相位型空间光调制器以及电控方位调节器均连接在控制计算机上，所述控制计算机通过所述波前传感器获取反馈光学图像信息的相位信息，从而控制所述相位型空间光调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学图像处理的二维全光负反馈系统，其特征在于：包括用于实现相干光源与输入图像相加载的图像加载设备；用于实现输入光学图像信息与反馈光学图像信息相迭加的光信号迭加设备；用于实现输出光学图像信息放大的振幅放大设备；用于实现反馈衰减的振幅衰减设备；以及用于实现反馈支路光信号相位调节的相位调节设备；其中：所述图像加载设备输出的光学图像信息作为光信号迭加设备的原始信号输入，所述相位调节设备输出的光学图像信息作为光信号迭加设备的反馈信号输入，所述光信号迭加设备输出的光学图像信息经过振幅放大设备后作为输出图像输出，同时，振幅放大设备输出的光学图像信息还经过振幅衰减设备送入所述相位调节设备中。

【技术特征摘要】
1.一种用于光学图像处理的二维全光负反馈系统，其特征在于:包括用于实现相干光源与输入图像相加载的图像加载设备；用于实现输入光学图像信息与反馈光学图像信息相迭加的光信号迭加设备；用于实现输出光学图像信息放大的振幅放大设备；用于实现反馈衰减的振幅衰减设备；以及用于实现反馈支路光信号相位调节的相位调节设备；其中:所述图像加载设备输出的光学图像信息作为光信号迭加设备的原始信号输入，所述相位调节设备输出的光学图像信息作为光信号迭加设备的反馈信号输入，所述光信号迭加设备输出的光学图像信息经过振幅放大设备后作为输出图像输出，同时，振幅放大设备输出的光学图像信息还经过振幅衰减设备送入所述相位调节设备中。2.根据权利要求1所述的用于光学图像处理的二维全光负反馈系统，其特征在于:所述相干光源由氦氖激光器(1)产生，并依次经过针孔滤波器(2)和准直透镜(3)进行光线准直，在所述准直透镜(3)的后方设置有振幅型空间光调制器(6)，该振幅型空间光调制器(6)作为所述图像加载设备来加载输入图像，该振幅型空间光调制器(6)输出的光学图像信息作为原始信号输入到第二分光镜(8)中，在第二分光镜(8)的输出方向依次设置有第一傅里叶透镜(9)、光折变晶体(10)以及第二傅里叶透镜(11)，其中，第一傅里叶透镜(9)的后焦面与第二傅里叶透镜(11)的前焦面对齐，且在该对齐位置处安装所述光折变晶体(10)，该光折变晶体(10)作为所述振幅放大设备实现输出光学图像信息放大，在所述第二傅里叶透镜(11)的输出方向设置有第三分光镜(12)，该第三分光镜(12)作为所述振幅衰减设备实现反馈衰减，在所述第三分光镜(12)的透射方向获取输出图像，在所述第三分光镜(12)的反射方向设置有相位型空间光调制器(14)，该相位型空间光调制器(14)用于获取反馈光学图像信息并作为所述相位调节设备实现反馈支路光信号的相位调节，在相位型空间光调制器(14)的输出方向依次设置有第三傅里叶透镜(16)和第四傅里叶透镜(17)，相位型空间光调制器(14)通过所述第三傅里叶透镜(16)和第四傅里叶透镜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：田逢春，胡又文，刘颖，陈丹昱，韩亮，张文理，上官晓配，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：