一种可携式光学体全息图像识别系统技术方案

一种可携式光学体全息图像识别系统，包括控制系统和光学系统，所述控制部分包括步进电机控制单元和快门控制单元，所述步进电机控制单元和快门控制单元协调运作，控制光学系统进行体全息存储和识别；所述光学系统通过使用反射式的空间光调制器使光路压缩在一个较小的尺度中，所述光学系统采用紧凑的双层结构设计；所述可动透镜由步进电机控制单元控制在垂直参考光光轴的平面内运动，和固定透镜组成一个二维的角度复用器。本发明专利技术可以使光学体全息图像识别走出实验室，脱离光学平台的约束，让其更具有实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像存储和识别领域，具体涉及一种可携式光学体全息图像识别系 统。
技术介绍
体全息识别技术和体全息存储技术是密切相连的。正是由于体全息存储的大容量 特点，才造就了体全息识别技术快速并行对比的优势。在1963年，美国科学家Pieter Jvan Heerden就曾提出使用全息技术进行数据存储的概念，但是当时并没有制作出任何使用的 装置。Van Heerden曾创见性的给出了三维光学存储的理论极限。随着光折变效应的发现，高质量光折变材料的研制成功，空间光调制器SLM和CCD 光电探测仪器的研制成功，令大容量的光学体全息存储技术得到了极大的推动，使其有实 用化的可能。1975年，美国RCA公司在1立方厘米的掺铁铌酸锂中首次成功记录了 500幅 全息图。1991年，美国军方Northrop公司的F. H. Mok等人采用角度复用的方法在1立方厘 米的铌酸锂晶体中成功存储并且再现了 500幅。1992年这个小组又在相同的晶体中实现 了 1000个数据页的存储和无错再现。1993年此小组将存储和再现的数量提高到5000幅。 1994年美国加州理工学院的G.W.Burr等人将存储和再现的图像数量提高到10，000。他 们的研究向世人展现了光学体全息存储的高存储密度和高数据传输速率，引起了很大的关 注，同时也推动了这个领域的发展。2005年，日本Optware公司开发出一种DVD大小容量超 ITB的全息光盘。美国公司InPhase Technologies也曾展示了一种300GB的全息存储原型 机。体全息存储技术将有望实用化。随着体全息存储技术的发展，有科学家开始将这项技术 应用到快速识别方面。1995年加州理工学院的D. Psaltis等人将车载摄像机实时拍摄的图 像输入到晶体中和预先存储的图像进行比对，从而快速判断车辆的位置。Holoplex公司利 用体全息技术研制了一种全息指纹识别系统，样机可以存储1000幅指纹图像并且能在1秒 钟之内完成输入图像和这1000幅图像的比对，成为第一个商品化的体全息识别产品。2001 年，美国NASA的Tien-Hsin chao等人开发出一个小型化全息识别装置可以对飞行目标进 行识别和定位。虽然国内的研究小组对体全息图像识别进行了研究，但是国内的研究大都基于实 验室的光学平台为基础，缺少脱离实验室的专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种使用角度复用方法实现 图像的并行识别，光学系统采用双层设计，使系统更加紧凑，可以离开实验室的光学平台的 可携式光学体全息图像识别系统。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种可携式光学体全息图像识别 系统，包括控制系统和光学系统，所述控制部分包括步进电机控制单元和快门控制单元，所 述步进电机控制单元和快门控制单元协调运作，控制光学系统进行体全息存储和识别。所述的光学系统依次连接有半导体激光器、半波片、偏振分光棱镜、光路部分、存储介质、第三 快门、CCD光电探测仪器，所述光路部分包括经偏振分光棱镜分开再汇聚在存储介质的物光 光路和参考光光路。所述光学系统通过使用反射式的空间光调制器使光路压缩在一个较小 的尺度中，以便于可携式的设计。所述参考光光路依次连接有接收来自偏振分光棱镜的参考光的第二快门、第一透 镜、可变光阑、第二反射镜、可动透镜、第三反射镜、固定透镜；所述物光光路依次连接有接 收来自偏振分光棱镜的物光的第一快门、第一反射镜、第四反射镜、扩束镜、第五反射镜、反 射式的空间光调制器、傅立叶透镜、光阑。所述光学系统采用双层结构设计，使光学系统更加紧凑，有利于小型化。所述的双层结构设计的光学系统中，第一层放置质量比较重的器件，包括半导体 激光器、半波片、偏振分光棱镜，参考光光路中的第二快门、第一透镜、可变光阑、第二反射 镜、可动透镜，还包括物光光路中的第一快门、第一反射镜、第四反射镜、扩束镜；第二层放 置质量比较轻的器件，包括参考光光路中的第三反射镜、固定透镜，物光光路中的第五反射 镜、反射式的空间光调制器、傅立叶透镜、光阑，还包括存储介质、第三快门、CCD光电探测仪 器。这样放置器件，可以降低整个系统的重心，使得系统更稳定。所述可动透镜由步进电机控制单元控制在垂直参考光光轴的平面内运动，和固定 透镜组成一个二维的角度复用器，利于实现图像的并行识别。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点由于光学系统通过使用反射式的空间 光调制器使光路压缩在一个较小的尺度中，并采用紧凑的双层结构设计，可以使光学体全 息图像识别走出实验室，脱离光学平台的约束，让系统更具有实用性。附图说明图1为本专利技术光学系统结构示意图；图2为本专利技术角度复用器原理示意图；图3为CCD光电探测仪器捕获的相关峰阵列图；图4为本专利技术中控制系统结构示意图；图5为相关峰的定位图。具体实施例方式本专利技术按照以下的方式进行图像的识别1.图像的体全息存储将进行识别所需要的图像库中的每一幅图像使用角度复用的方式存储到体全息 存储介质中的一个相同区域。存储介质4位于参考光和物光相交的位置，参考光和物光的 偏振方向是相同的，当两束光相交的时候会发生干涉，干涉条纹的光强分布会令存储介质4 感光，存储介质4将记录下这一干涉条纹，即记录下物光的全息信息。每存储一副图像，就 改变参考光的入射角度，这样可以在存储介质4的相同区域存储多幅图像。2.生成图像库相关峰向量当存储介质4中存储了多幅图像的全息信息的时候，如果让物光加载一幅图像的 信息入射到存储介质4中，那么会再现出多个参考光，在CCD光电探测仪器6中形成多个相关峰，每一个相关峰对应着一个图像的参考光。而相关峰的强弱则反映了输入物光中承载 的图像和这个相关峰所对应的图像的相似程度。如果所有图像的亮度是一样的，那么和图 像越相似则相关峰的亮度越大。然而很多情况下图像的亮度都是不同的，所以要先将图像 库内所有图像的自相关峰记录下来，再让待识别图像的相关峰和所有库内图像的自相关峰 比较来进行识别。生成自相关峰的过程如下将每一幅库内图像分别加载到物光中，打开第一快门 51和第三快门53，用CCD光电探测仪器6捕获相关峰的分布，然后找到其中与库内图像对 应的相关峰，即存储该库内图像的参考光形成的相关峰；然后以这个相关峰为中心，画一个 宽高比为2 1，可以将相关峰左右两侧包含在内的方框，这一过程称为相关峰的定位，求 出此方框区域内的平均亮度。将所有库内图像对应的相关峰平均亮度组成一个向量，这个 向量就是图像库相关峰向量。3.图像体全息识别本专利技术采用寻找与库内图像自相关峰亮度最接近的相关峰的方法来进行识别。将 待识别的图像输入到物光之中，然后用CCD光电探测仪器6捕获相关峰的分布，定位所有的 相关峰，并找出所有相关峰的平均亮度，组成一个向量，这个向量称为识别向量。用图像库 相关峰向量减去识别向量，然后寻找相减结果中的最小值对应的库内图像即为与待识别图 像最相似的图像。下面再结合附图对本专利技术可携式光学体全息图像识别系统做详细说明。本专利技术可携式光学体全息图像识别系统，包括控制系统和光学系统，所述控制部 分包括步进电机控制单元和快门控制单元，所述步进电机控制单元和快门控制单元协调运 作，控制光学系统进行体全息存储和识别；所述光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可携式光学体全息图像识别系统，包括控制系统和光学系统，所述控制部分包括步进电机控制单元和快门控制单元，所述步进电机控制单元和快门控制单元协调运作，控制光学系统进行体全息存储和识别；其特征在于：所述的光学系统依次连接有半导体激光器（１）、半波片（２）、偏振分光棱镜（３）、光路部分、存储介质（４）、第三快门（５３）、ＣＣＤ光电探测仪器（６），所述光路部分包括经偏振分光棱镜分开再汇聚在存储介质的物光光路和参考光光路，所述物光光路通过空间光调制器（ＤＭＤ）使光路压缩在一个较小的尺度中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，黄卓垚，腾东东，李一伦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]