基于涡旋光差频扫描的各向异性边界提取装置制造方法及图纸

一种基于涡旋光差频扫描的各向异性边界提取装置，包括激光调制模块，物体扫描模块，信息处理模块等。本发明专利技术结构通过旋转涡旋位相调制片，可以对物体不同方向的边界信息有选择的提取，同时可以保证较高的信噪比。本发明专利技术用于物体边界提取，图像增强等领域，具有很好的扩展性，通过改变扫描尺度可实现航拍地表和微观生物成像的各向异性边界提取。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及物体的边界提取W及图像特征的增强，特别是一种基于满旋光差频扫 描的各向异性边界提取装置，可W选择性的提取物体某一方位的边界信息。 技术背景 边界提取巧dgeExtraction或者称为边界增强EdgeEnhancement)技术是一种 图像信息处理技术，可W去除物体低频信息，将其边界的信息单独提取出来，因此可W极大 地提高待测物体的信噪比，在机器视觉、生物医学、机载探测W及深空探测等领域具有特别 重要的应用价值。 边界提取技术的基本原理是对物体的频谱进行调制，使得边界处的信息最大程度 的保留，同时其他信息尽可能的过滤掉。通常物体边界由于是变化较快的区域，因此属于频 谱中的中高频，而物体内部及外部的信息为缓变的区域，因此属于频谱中的低频或零频。原 则上，只要使物体通过高通低阻滤波调制，就能实现边界信息的提取或增强。光学上处理物 体的频谱是非常有利的，因为首先光学系统可W作为物体信息的记录系统，同时还可W用 于物体的频谱调制，再加上光学系统通常具有的并行处理能力，使得光学信息处理方法优 于其他处理方法，成为最为重要的边界提取技术。 为了实现物体的边界提取，经典的光学系统是4f滤波系统，由两个傅里叶变换透 镜组成，透镜距离2倍的焦距，物体放置在第一个透镜的前焦面上，第二个透镜的后焦面为 经过处理的物体图像。而在两个透镜的共焦面上，可W通过插入频率调制元件实现对物体 的边界信息提取。 在边界提取技术中，有一种特别的应用，就是对待测物体的某一方向的边界信息 有兴趣，或者出于信噪比等方面的考虑，想要将某一方向的边界信息滤除，运就需要考虑各 向异性的边界提取技术。运在原理上是非常容易实现的，在高通滤波调制的同时，对需要保 留的某一方向的中高频谱通过，对需要抑制的某一方向的频谱进行阻断。各向异性边界提 取技术在特征识别、特征增强等方向有很重要的应用前景。 在经典的4f光学滤波系统中，为了实现边界提取，一般采用中间涂黑边缘透明的 强度调制板，直接插入频谱面上进行滤波调制。运种方法简单、成本低，但是缺点也比较明 显。由于强度调制板的衍射，使得在输出面上得到边界增强的物体的同时，还伴随着许多的 寄生条纹，严重影响了成像质量；另外，由于物体能量主要集中在零频附近，通过强度调制 板后能量损失会导致信噪比的降低。 满旋位相是实现物体边界信息增强的另外一种处理方法。满旋位相是指强度不 变、位相随着方位角的变化而变化的一种纯位相调制器，可W在极坐标系中表示为Φ(P， Θ)=日邱（inΘ)。通常的位相与方位角的关系是线性的，η为满旋位相的载荷数（charge)， 在边界信息提取技术中一般采用η为1的满旋位相。同样的，为了实现边界信息提取，将满 旋位相调制器插入到4f光学滤波系统的频谱面上。虽然与高通滤波一样是对物体频谱进 行调制，但是满旋位相调制是一种位相调制技术，其原理和信息处理中的希尔伯特变换类 似，能够完美的提取物体边界信息，同时不会产生由于衍射导致的寄生条纹。 利用4f系统进行物体边界是基于相干光学信息处理系统原理，而相干光学由于 对物体位相信息特别敏感，因此会产生散斑干设，降低成像质量。在先技术（P.Bouchaland Z.Bouchal,"Selectiveedgeenhancementinthree-dimensionalvorteximagingwith incoherentli曲t, "Opt.Lett. 37, 2949-2951, (2012).)结合菲涅耳非相干相关数字全息 术（FINCH)，提出了一种基于满旋位相调制的边界提取技术，可W实现对非相干物体的边界 增强，由于对物体位相不敏感，因此大大提高了成像质量。另外，在先技术（Y.Pan,W.Jia，J. Yu,Κ.Dobson,C.Zhou,Υ.Wang,Τ.-C.Poon,"Edgeextractionusingatime-varying vortexbeaminincoherentdigitalholography, "Opt.Lett. 39, 4176-4179(2014).)首 次将满旋位相片引入到光学扫描全息技术的pticalScanning化lography，OSH)中，实现 了各向同性的非相干边界提取技术。与FINCH技术相比，运种技术的最大优点是利用了扫 描机制，极大地放宽了对物体尺寸的要求，因此在生物显微成像、遥感、机器视觉等领域均 有重要应用前景。 本专利技术在此基础上，通过使用不同的满旋光调制，利用差频光学扫描实现各向异 性的边界提取，可W进一步拓宽0SH技术的应用领域，特别是在针对特殊物体形貌或者特 殊方向物体特征的探测方面，具有很好的应用价值。
技术实现思路
图像边界增强（或者提取）技术在图像识别W及特征提取等领域有重要的应用价 值，而对于特殊的应用需求，例如对物体某一方位的边界信息更感兴趣，或者当需要对某一 方位的信息进行有效过滤时，各向异性边界提取技术就显得非常重要，为此我们提出一种 基于满旋光差频扫描的各向异性边界提取装置，该装置用于生物显微成像等领域的特殊边 界增强，具有速度快、信噪比高W及能量利用率高等优点。 本专利技术的技术解决方案如下： 一种基于满旋光差频扫描的各向异性边界提取装置，其特点在于构成包括化-Ne 激光器，沿化-化激光器的发射光束方向是第一分束镜，在该第一分束镜的透射光束方向 依次是声光调制器、第一反射镜、小孔、第一透镜、第二分束镜和第二光电探测器，所述的第 二光电探测器的输出端与锁相放大器的第一输入端相连，在第一分束镜的反射光束方向依 次是第二反射镜、满旋位相调制模块、第二透镜、所述的第二分束镜、载物台、第Ξ透镜和第 一光电探测器，所述的第一光电探测器的输出端与所述的锁相放大器的第二输入端相连， 该锁相放大器的输出端与计算机的输入端相连。 所述的满旋位相调制模块是由光路方向依次的第Ξ反射镜、第四反射镜和满旋位 相调制片组合而成，所述的满旋位相调制片是由计算机生成的全息图，该全息图可产生两 个重叠的满旋位相，且满旋方向相反。 所述的满旋位相调制模块具有旋转机构，沿光轴旋转满旋位相调制模块，可W得 到不同方向的满旋调制光瞳，从而实现特定方向的物体边界提取。 本专利技术基于满旋光差频扫描的各向异性边界提取装置，构成包括激光调制模块， 物体扫描模块，信息处理模块等。所述的激光调制模块采用化-化激光器波长为632. 8nm， W马赫-曾德方式分成两束光，其中一束通过声光调制器得到40曲Z的频移，另一束经过满 旋位相调制片和傅里叶透镜，然后两束光通过第二分束镜合为一束具有差频的干设光，利 用运束光扫描物体，透过物体的光由第一光电探测器接受转换成电压信号，经过信号处理 和锁相放大器，得到去除差频的物体全息图，最后利用计算机提取得到各向异性的物体边 界信息。所述的满旋位相调制片是计算机生成的全息图，可W产生两个重叠的满旋位相，两 个满旋的方向相反。本专利技术结构通过旋转满旋位相调制片，可W对物体不同方向的边界信 息有选择的提取，同时可W保证较高的信噪比。 本专利技术的技术效果如下： 首先，本专利技术基于光学扫描全息技术（0SH)，其中包括两个入射光瞳，本专利技术对光 瞳进行了特殊设计，通过插入一块满旋位相调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于涡旋光差频扫描的各向异性边界提取装置，其特征在于构成包括He‑Ne激光器(1)，沿He‑Ne激光器(1)的发射光束方向是第一分束镜(2)，在该第一分束镜(2)的透射光束方向依次是声光调制器(3)、第一反射镜(4)、小孔(5)、第一透镜(6)、第二分束镜(10)和第二光电探测器(14)，所述的第二光电探测器(14)的输出端与锁相放大器(15)的第一输入端相连，在第一分束镜(2)的反射光束方向依次是第二反射镜(7)、涡旋位相调制模块(8)、第二透镜(9)、所述的第二分束镜(10)、载物台(11)、第三透镜(12)和第一光电探测器(13)，所述的第一光电探测器(13)的输出端与所述的锁相放大器(15)的第二输入端相连，该锁相放大器(15)的输出端与计算机(16)的输入端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾伟，周常河，余俊杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31