基于离散余弦变换的全息扫描空间的距离提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法，属于光学全息扫描领域。本发明专利技术提供的提取距离的原理为：对重建图像进行离散余弦变换，从而提取重建图像的锐度信息。其主要解决了自动寻找待测物体的轴向位置的问题。本发明专利技术能有效地解决物体位置探测的问题，其适用于多个领域。

Distance extraction method of holographic scanning space based on discrete cosine transform

The invention discloses a method for extracting holographic scanning spatial distance based on discrete cosine transform. The principle of extracting distance is that the reconstructed image is transformed by discrete cosine transform to extract the sharpness information of the reconstructed image. The utility model mainly solves the problem that the axial position of the object to be measured is automatically searched. The invention can effectively solve the problem of object position detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学全息扫描领域，涉及一种基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法。
技术介绍
光学扫描全息技术，简称OSH，是数字全息技术的一个分支，它是由Poon和Korpel最早提出，OSH可以将3维物体的信息存储为2维的全息图。自该项技术提出以来，已在扫描全息显微镜、3D图像识别以及3D光学遥感等领域得到广泛应用。空间距离提取技术是OSH中一项重要的技术，它可以提取出待测物体的轴向位置信息，而待测物体的轴向位置信息是进行图像重建的重要参数。因此，空间距离提取技术也具有了重要的研究价值。研究证明，在迭代运算中，通过离散余弦变换可以找出重建图像锐度的局部最大值，当得到锐度的局部最大值时，即可推测出待测物体的轴向位置信息，从而提取物体的空间距离。文献《Three-dimensional matching by use of phase-only holographic information and the Wigner distribution》提出了利用Wigner分布来提取待测物体的轴向空间信息，但是该方法只能适用于两个具有相关性的物体，其本身具有局限性，不易推广。文献《Blind sectional image reconstruction for optical scanning holography》提出利用Prewitt算子提取重建图像边缘，这种方法具有较好的实用性，但是由于离焦噪声边缘的存在，影响了计算结果的精确度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法，该方法利用离散余弦变换，提取图像低频成分，去除高频成分，从而提取出图像的锐度。本专利技术采用的技术方案是：一种基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：步骤1.将激光通过第一个偏振分束器分为两束光路，其中一条光束依次通过一个声光调制器和扩束器，另一条光束依次通过另一个声光调制器、扩束器及凸透镜后，将这两条光束经过第二个偏振分束器聚光后干涉形成菲涅尔干涉条纹；步骤2.利用菲涅尔干涉条纹对待测物体进行扫描，并通过光电检测器接收扫描后的光信 息，从而获得待测物体的全息图；步骤3.设置距离参数的初值及其上限值，设定距离参数的扫描步长，以所述初值作为距离参数的当前值；步骤4.将所得的全息图做傅里叶变换后，与带有距离参数的传统光学传递函数的频域表达式的共轭相乘后，再经过逆傅里叶变换，即可得到待测物体的重建图像；步骤5.将重建图像分割成n*n的子图，并对子图进行n*n的离散余弦变换；计算、记录经过离散余弦变换的图片的锐度值及其对应的距离参数值；步骤6.将距离参数的当前值加上扫描步长作为距离参数的最新值，并重复步骤4至步骤5直至距离参数的当前值达到所设定的上限值时为止，由此获得多个锐度值，其中局部最大值对应的距离参数值即为待测物体在轴向空间上所处的位置。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供的提取待测物体轴向距离的原理，利用离散余弦变换算法实现对待测物体的轴向空间信息提取，全息扫描空间距离提取技术应用范围包括生物细胞观察，光学聚焦等，因此本专利技术适用于各个领域，应用范围非常广。(2)本专利技术先对重建的图片分割成8*8的子图，利用离散余弦变换对子图进行变换，计算其锐度值从而实现物体的轴向位置的提取。(3)本专利技术不仅实现方式简单、便于操作，同时具有很强的实用性，适合推广使用。附图说明图1为本专利技术提供的方法流程示意图；图2为本专利技术实施例的基本结构图；图3为本专利技术实施例的待测物体示意图；图4为本专利技术实施例的待测物体全息图；图5为本专利技术实施例的重建图像；图6为本专利技术实施例的对重建图像的离散余弦变换效果图；图7为本专利技术实施例的锐度函数图。具体实施方式本具体实施方式采用如下技术方案：一种基于离散余弦变换的全息扫描空间位置提取方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：步骤1.将激光通过第一个偏振分束器分为两束光路，其中一条光束依次通过一个声光调制器和扩束器，另一条光束依次通过另一个声光调制器、扩束器及凸透镜后，将这两条光束 经过第二个偏振分束器聚光后干涉形成菲涅尔干涉条纹；本实例采用的系统结构如图2所示，由同一光源发出的角频率为ω的光被第一个偏振分束器BS1分成两束，其中一束通过声光调制器AOFS1与凸透镜L1，形成球面波；另一束经过声光调制器AOFS2，形成平面波；两束光经第二个偏振分束器聚合后在待测物体前干涉形成菲涅尔干涉条纹，其在待测物体(如图3所示)所处轴向空间上的表达式如下： h ( x , y ; z i ) = - j λz i exp [ j π λz i ( x 2 + y 2 ) ] - - - ( 1 ) ]]>其中，待测物体在轴向上划分成n层，zi表示待测物体的第i层所在的轴向位置，λ表示激光波长，x和y表示物体的横向坐标；步骤2.通过上述的菲涅尔干涉条纹对待测物体进行扫描，并利用光电检测器接收扫描后的光信息，从而获得待测物体的全息图；本实例利用菲涅尔干涉条纹对物体进行扫描，将形成的全息图(如图4)存储到计算机里，具体如下： g ( x , y ) = Σ i = 1 i = n F - 1 { F { I ( x , y ; z i )本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法，包括以下步骤：步骤1.将激光通过第一个偏振分束器分为两束光路，其中一条光束依次通过一个声光调制器和扩束器，另一条光束依次通过另一个声光调制器、扩束器及凸透镜后，将这两条光束经过第二个偏振分束器聚光后干涉形成菲涅尔干涉条纹；步骤2.利用菲涅尔干涉条纹对待测物体进行光学全息扫描，并通过光电检测器接收扫描后的光信息，获得待测物体的全息图；步骤3.设置距离参数的初值及其上限值，设定距离参数的扫描步长，以所述初值作为距离参数的当前值；步骤4.将所得的全息图做傅里叶变换后，与带有距离参数的传统光学传递函数的频域表达式的共轭相乘后，再经过逆傅里叶变换，得到待测物体的重建图像；步骤5.将重建图像分割成n*n的子图，并对子图进行n*n的离散余弦变换；计算、记录经过离散余弦变换的图片的锐度值及其对应的距离参数值；步骤6.将距离参数的当前值加上扫描步长作为距离参数的最新值，并重复步骤4至步骤5直至距离参数的当前值达到所设定的上限值时为止，由此获得多个锐度值，其中局部最大值对应的距离参数值即为待测物体的轴向位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法，包括以下步骤：步骤1.将激光通过第一个偏振分束器分为两束光路，其中一条光束依次通过一个声光调制器和扩束器，另一条光束依次通过另一个声光调制器、扩束器及凸透镜后，将这两条光束经过第二个偏振分束器聚光后干涉形成菲涅尔干涉条纹；步骤2.利用菲涅尔干涉条纹对待测物体进行光学全息扫描，并通过光电检测器接收扫描后的光信息，获得待测物体的全息图；步骤3.设置距离参数的初值及其上限值，设定距离参数的扫描步长，以所述初值作为距离参数的当前值；步骤4.将所得的全息图做傅里叶变换后，与带有距离参数的传统光学传递函数的频域表达式的共轭相乘后，再经过逆傅里叶变换，得到待测物体的重建图像；步骤5.将重建图像分割成n*n的子图，并对子图进行n*n的离散余弦变换；计算、记录经过离散余弦变换的图片的锐度值及其对应的距离参数值；步骤6.将距离参数的当前值加上扫描步长作为距离参数的最新值，并重复步骤4至步骤5直至距离参数的当前值达到所设定的上限值时为止，由此获得多个锐度值，其中局部最大值对应的距离参数值即为待测物体的轴向位置。2.根据权利要求1所述的基于离散余弦变换的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于：步骤1中所述菲涅尔干涉条纹在待测物体所处轴向位置处的表达式如下： h ( x , y ; z i ) = - j &lambd...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧海燕，王馨，邵维，王秉中，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51