本发明专利技术属于基于体全息相关存储系统一维Ｗａｌｓｈ变换的信号处理领域，其特征在于，把Ｗａｌｓｈ矩阵以全息图的形式存储在体全息存储器中，制作成一维Ｗａｌｓｈ变换器，然后把输入信号输入该变换器，探测输出信号的强度即可得到输入信号的一维Ｗａｌｓｈ变换结果，从而分析信号的特征。本发明专利技术用于信号处理中，具有速度快、处理量大、精度较高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一维Walsh变换和体全息相关
技术介绍
一维Walsh变换定义如下给定N＝2n点输入信号x(1)，x(2)，……，x(N)，其一维Walsh变换定义为X(j)=1NΣk=1Nx(k)W(j,k)j=1,2,···,N]]>式中W(j，k)表示Walsh矩阵第j行第k列的元素，其值为+1或-1。Walsh变换是一种离散正交变换，它能将相邻象素的相关性消除掉，使信号能够集中在变换矩阵的左上方，其它部分出现很多零值，或者在可以忽略掉的很小的系数，就达到了数据压缩的目的。因此，Walsh变换在现代信号处理中具有重要作用，已经广泛应用在图像传输、雷达、通信、生物医学等领域。传统应用中，各种变换(包括Walsh变换)都是通过电子计算机完成的。然而，随着当今数据获取能力的飞速增长，需要处理海量数据的领域越来越多，对数据处理速度提出了更高的要求，而这种不断增长的要求当前的电子计算机已经很难满足，需要寻找新的解决方案。光信息处理由于其本身具有的并行度高、运算速度快等优点，使得它成为解决这一问题的一个可能方案。利用角度复用的方法，在全息存储器件的同一个位置记录多幅图像，使得体全息光学相关存储系统可以同时进行多通道的并行模板匹配相关识别运算，运算速度极快。通过增加材料厚度、离焦存储、随机相位调制等方法，可以使体全息相关存储系统的输出近似为g(xc,yc)∝Σm∫∫f′(x0,y0)fm(x0,y0)dx0dy0]]>式中g(xc，yc)为输出函数，xc，yc为输出面坐标；fm(x0，y0)为全息存储器内存储图像，m为图像编号；f′(x0，y0)为输入图像，x0，y0为输入面坐标。此时相关存储系统的输出退化为一个点阵，每个光点亮度的平方根正比于输入图像与相应存储图像的内积值，体全息相关存储系统就成为了一个多通道并行内积运算系统。体全息相关存储系统结构参见图1，其工作原理流程如下将图像存储到全息存储器中，即记录时打开激光器，将图像上载到空间光调制器，然后同时打开快门1和快门2使物光和参考光在全息存储器件内干涉，即可将这幅图像存储到全息存储器件中，存储完成后关闭快门1和快门2，。记录下一幅图像时，先向右平移工作台一段距离以改变参考光的入射角度，将图像上载到空间光调制器，同时打开快门1和快门2，存储完成后关闭快门1和快门2。重复上述步骤即可将多幅图像存储在全息存储器件的同一个位置，这种存储方法称为角度复用。进行内积运算时，打开激光器(Laser)，打开快门2，关闭快门1，将待运算图像上载到空间光调制器，即可在光电探测器上接收到输出光点。另外，需要特别指出的是，传统上Walsh变换在光学方面的主要应用是Hadamard光谱仪。它的主要原理将光谱仪的单一输入狭缝变为多个狭缝从而提高光谱仪的信噪比，多狭缝则是通过空间光调制器上载Hadamard序的Walsh矩阵调制输入光波来实现的。而用体全息相关存储系统实现一维Walsh变换的目的是对输入信号进行处理，因此两者有着本质的区别。
技术实现思路
本专利技术的目的在于用体全息相关存储系统实现对输入信号的幅值做一维Walsh变换，并从变换后所得结果分析信号的特征，从而实现对信号的检测和识别。本专利技术的特征在于该方法是在一个体全息相关存储系统中依次按以下步骤实现的步骤(1)，计算机把空间光调制器P×Q大小的幅面平均分为N块，使每个子块内包含P×Q/N个象素。并对N个子块编号；步骤(2)，按以下步骤，用计算机对N维Walsh矩阵W进行处理，生成2N幅二值化的基图像步骤(2.1)，生成N维Walsh矩阵，记为W，其每一行为一个基，共有N个基B1，B2，……，BN，每个基又包含N个元素，记为Bi(1)，Bi(2)，……Bi(N)，其中i表示基的序号，括号内为所述元素的序号，步骤(2.2)，把步骤(2.1)中所述的第1个基B1处理为两幅二值化图像，该两幅图像分别分为N个子块D1+(1)，D1+(2)，……，D1+(N)和D1-(1)，D1-(2)，……，D1-(N)。若Walsh矩阵中第1个基B1的元素B1(j)为+1，则D1+(j)全部元素为亮象素，D1-(j)全部元素为暗象素，j＝1，2，……，N，j为相应子块的编号；若Bi(j)为-1，则D1+(j)全部元素为暗象素，D1-(j)全部元素为亮象素，步骤(2.3)，重复步骤(2.2)，对N个基进行同样操作，得到2N幅基图像D1+，D2+，……DN+和D1-，D2-，……，DN-；步骤(3)，计算机把步骤(2)得到的2N幅基图像上载到空间光调制器；步骤(4)，同时打开快门1和2，使激光器输出的激光束经过偏振分光棱镜分为两束，一束通过快门1、一维平移工作台上的透镜4和反射镜2，并通过透镜5形成参考光射入全息存储器件；另一束通过快门2、载有基图像的空间光调制器、漫射器后入射到反射镜1，反射后经过透镜3形成物光射入全息存储器件，该物光和参考光在全息存储器件中干涉，将此幅基图像记录在全息存储器件中，通过角度复用技术，可将多幅基图像记录到全息存储器件中，使全息相关存储系统成为一个一维Walsh变换系统；步骤(5)，把待处理的N点输入信号的幅值f1，f2，…，fN输入计算机，写成N维向量形式f＝[f1f2…fN]′；步骤(6)，对步骤(5)得到的向量进行处理，生成二值化数据图像I，其步骤如下步骤(6.1)，找出f的最大元素，记为fm，将f表示为f=fmf1fmf2fm···fNfm′,]]>步骤(6.2)按照步骤(1)中的方法把空间光调制器的幅面分成N个子块，I(1)，I(2)，……，I(N)，步骤(6.3)，子块I(i)中亮象素数量为 ，j＝1，2，……，N，其余象素为暗象素，步骤(6.4)，子块I(1)，I(2)，……，I(N)构成数据图像I；步骤(7)，用计算机把数据图像I上载到空间光调制器；步骤(8)，打开快门2，关闭快门1，打开激光器，输入的激光束依次经过偏振分光棱镜、透镜1和2、快门2、上载数据图像I的空间光调制器，经反射镜1反射后经过透镜后，射入全息存储器件，和步骤(4)中记录在全息存储器件中的多幅基图像发生干涉，在光电探测器上可以探测到所得的衍射光。所得衍射光是一个点阵，每个光点亮度的平方根正比于输入图像与相应基图像的内积值。记基图像Di+对应光点亮度的平方根为pp(i)，基图像Di-对应光点亮度的平方根为pm(i)，i＝1，2，……，N为基的序号，则对向量f做一维Walsh变换所得向量g为g∝pp(1)-pm(1)pp(2)-pm(2)···pp(N)-pm(N).]]>Walsh矩阵为4阶Hadamard序的Walsh矩阵。应用本专利技术可以极快的对信本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于体全息相关存储系统一维沃尔什（Ｗａｌｓｈ）变换的信号处理方法，其特征在于，该方法是在一个体全息相关存储系统中依次按以下步骤实现的：步骤（１），计算机（１００）把空间光调制器（１０３）Ｐ×Ｑ大小的幅面平均分为Ｎ块，使每个子块内包含 Ｐ×Ｑ／Ｎ个象素，并对Ｎ个子块编号；步骤（２），按以下步骤，用计算机（１００）对Ｎ维Ｗａｌｓｈ矩阵Ｗ进行处理，生成２Ｎ幅二值化的基图像：步骤（２．１），生成Ｎ维Ｗａｌｓｈ矩阵，记为Ｗ，其每一行为一个基，共有Ｎ个基：Ｂ１，Ｂ２ ，……，ＢＮ，每个基又包含Ｎ个元素，记为Ｂｉ（１），Ｂｉ（２），……Ｂｉ（Ｎ），其中ｉ表示基的序号，括号内为所述元素的序号，步骤（２．２），把步骤（２．１）中所述的第１个基Ｂ１处理为两幅二值化图像，该两幅图像分别分为Ｎ个子块：Ｄ１＋ （１），Ｄ１＋（２），……，Ｄ１＋（Ｎ）和Ｄ１－（１），Ｄ１－（２），……，Ｄ１－（Ｎ）。若Ｗａｌｓｈ矩阵中第１个基Ｂ１的元素Ｂ１（ｊ）为＋１，则Ｄ１＋（ｊ）全部元素为亮象素，Ｄ１－（ｊ）全部元素为暗象素，ｊ＝１，２，……，Ｎ，ｊ为相应子块的编号；若Ｂｉ（ｊ）为－１，则Ｄ１＋（ｊ）全部元素为暗象素，Ｄ１－（ｊ）全部元素为亮象素，步骤（２．３），重复步骤（２．２），对Ｎ个基进行同样操作，得到２Ｎ幅基图像Ｄ１＋，Ｄ２＋，……ＤＮ＋和Ｄ１－，Ｄ２－，……，ＤＮ－；步 骤（３），计算机（１００）把步骤（２）得到的２Ｎ幅基图像上载到空间光调制器（１０３）；步骤（４），同时打开快门（１０９１）和（１０９２），使激光器（１０１）输出的激光束经过偏振分光棱镜（１０２）分为两束，一束通过快门（１０９１）、一 维平移工作台（１０６）上的透镜（１０８４）和反射镜（１０７２），并通过透镜（１０８５）形成参考光（１１２）射入全息存储器件（１０５）；另一束通过透镜（１０８１）和（１０８２）、快门（１０９２）、载有基图像的空间光调制器（１０３）、漫射器（１１０）后入射到反射镜（１０７１），反射后经过透镜（１０８３）形成物光（１１１）射入全息存储器件（１０５），该物光（１１１）和参考光（１１２）在全息存储器件中干涉，将此幅基图像记录在全息存储器件（１０５）中，通过角度复用技术，可将多幅基图像记录到全息存储器件（１０５）中，使全息相关存储系统成为一个一维Ｗａｌｓｈ变换系统；步骤（５），把待处理的Ｎ点输入信号的幅值ｆ↓［...
【技术特征摘要】
1.基于体全息相关存储系统一维沃尔什(Walsh)变换的信号处理方法，其特征在于，该方法是在一个体全息相关存储系统中依次按以下步骤实现的步骤(1)，计算机(100)把空间光调制器(103)P×Q大小的幅面平均分为N块，使每个子块内包含P×Q/N个象素，并对N个子块编号；步骤(2)，按以下步骤，用计算机(100)对N维Walsh矩阵W进行处理，生成2N幅二值化的基图像步骤(2.1)，生成N维Walsh矩阵，记为W，其每一行为一个基，共有N个基B1，B2，……，BN，每个基又包含N个元素，记为Bi(1)，Bi(2)，……Bi(N)，其中i表示基的序号，括号内为所述元素的序号，步骤(2.2)，把步骤(2.1)中所述的第1个基B1处理为两幅二值化图像，该两幅图像分别分为N个子块D1+(1)，D1+(2)，……，D1+(N)和D1-(1)，D1-(2)，……，D1-(N)。若Walsh矩阵中第1个基B1的元素B1(j)为+1，则D1+(j)全部元素为亮象素，D1-(j)全部元素为暗象素，j＝1，2，……，N，j为相应子块的编号；若Bi(j)为-1，则D1+(j)全部元素为暗象素，D1-(j)全部元素为亮象素，步骤(2.3)，重复步骤(2.2)，对N个基进行同样操作，得到2N幅基图像D1+，D2+，……DN+和D1-，D2-，……，DN-；步骤(3)，计算机(100)把步骤(2)得到的2N幅基图像上载到空间光调制器(103)；步骤(4)，同时打开快门(1091)和(1092)，使激光器(101)输出的激光束经过偏振分光棱镜(102)分为两束，一束通过快门(1091)、一维平移工作台(106)上的透镜(1084)和反射镜(1072)，并通过透镜(1085)形成参考光(112)射入全息存储器件(105)；另一束通过透镜(1081)和(1082)、快门(1092)、载有基图像的空间光调制器(103)、漫射器(110)后入射到反射镜(1071)，反射后经过透镜(1083)形成物光(111)射入全息存储器件(105)，该物光(111)和参考光(112)在全息存储器件中干涉，将此幅基图像记录在全息存储器件(105)中，通过角度复用技...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹良才，马强，苏萍，倪凯，瞿宗耀，何庆声，金国藩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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