專利名稱：菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相關(guān)器，特別是一種菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，主要應(yīng)用于光學(xué)信息處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及光學(xué)加密等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
很久以來，人們一直在研究能夠識(shí)別物體的機(jī)器，這種機(jī)器能代替人們從事枯燥乏味的重復(fù)性勞動(dòng)及危險(xiǎn)性的工作，比如字符識(shí)別、指紋識(shí)別等。自動(dòng)圖像識(shí)別的基本結(jié)構(gòu)是光學(xué)相關(guān)器，目前在結(jié)構(gòu)上主要分為匹配濾波相關(guān)結(jié)構(gòu)和聯(lián)合變換相關(guān)結(jié)構(gòu)。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)器的應(yīng)用范圍也越來越廣，如信號(hào)探測(cè)、光計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)加密和圖像編碼等領(lǐng)域。相關(guān)器的基本原理就是將參與相關(guān)的兩幅圖像f(x，y)、g(x，y)，分別或同時(shí)實(shí)現(xiàn)傅立葉變換F(u，v)、G(u，v)，然后將兩傅立葉譜(其中一項(xiàng)取共軛)相乘F(u，v)G*(u，v)，然后再對(duì)這個(gè)乘積作逆傅立葉變換，從而獲得所需的相關(guān)結(jié)果。
在先技術(shù)[1](參見宋菲君，S.Jutanmulia.近代光學(xué)信息處理.北京大學(xué)出版社，1998(第一版)，pp66～72)Vander Lugt相關(guān)器(VLC)應(yīng)用了透鏡的傅立葉變換的性質(zhì)，將參考圖像g(x，y)的傅立葉復(fù)共軛譜存儲(chǔ)在全息圖中，得到全息濾波片。將濾波片置于4f系統(tǒng)的兩透鏡之間的焦平面上，目標(biāo)圖像f(x，y)由4f系統(tǒng)第一個(gè)透鏡的前焦面通過空間光調(diào)制器輸入，由平面波照明，目標(biāo)圖像f(x，y)經(jīng)過第一個(gè)透鏡，在后焦面上形成傅立葉譜F(u，v)，并經(jīng)過預(yù)置的匹配濾波器，在濾波器的后面得到F(u，v)G*(u，v)，然后再由第二個(gè)透鏡對(duì)F(u，v)G*(u，v)做傅立葉變換，在第二個(gè)透鏡的后焦面獲得f(x，y)、g(x，y)的相關(guān)。
在先技術(shù)[2](參見宋菲君，S.Jutanmulia.近代光學(xué)信息處理.北京大學(xué)出版社，1998(第一版)，pp78～90)光學(xué)聯(lián)合變換相關(guān)器(JTC，joint Fourier transformcorrelator)最早是由Weaver和Goodman，及Rau提出來的，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由空間光調(diào)制器2、第二透鏡11、液晶光閥3、第一透鏡6及CCD探測(cè)器7構(gòu)成了經(jīng)典的光學(xué)聯(lián)合(傅立葉變換)變換相關(guān)器的主體結(jié)構(gòu)。在相關(guān)過程中，空間光調(diào)制器2起到對(duì)參考圖像10、目標(biāo)圖像9聯(lián)合成像的作用，第二透鏡11和第一透鏡6均起到傅立葉變換的作用，CCD探測(cè)器7用來探測(cè)相關(guān)結(jié)果。
基本原理就是，將目標(biāo)圖像9、參考圖像10通過空間光調(diào)制器2聯(lián)合顯示在第二透鏡11的前焦面，在第二透鏡11的后焦面放置一液晶光閥3，在液晶光閥3的輸入端面形成聯(lián)合傅立葉變換譜，這一信號(hào)經(jīng)液晶光閥3轉(zhuǎn)換成功率譜，由另一準(zhǔn)直的激光器5產(chǎn)生的激光束通過偏振分光棱鏡4讀出，即在液晶光閥3的輸出面形成聯(lián)合圖像傅立葉變換功率譜的光強(qiáng)分布，并經(jīng)第一透鏡6進(jìn)行第二次傅立葉變換，產(chǎn)生相關(guān)輸出，由CCD探測(cè)器7探測(cè)，并輸入計(jì)算機(jī)12作下一步處理。
假定目標(biāo)圖像9的函數(shù)表達(dá)式為f(x，y)，參考圖像10的函數(shù)表達(dá)式為g(x，y)，兩圖像分別位于(-a，0)，(a，0)處，兩圖像函數(shù)分別由計(jì)算機(jī)12寫入空間光調(diào)制器2，由激光器1照明成像，并通過第二透鏡11進(jìn)行傅立葉變換，第二透鏡11后焦面的振幅分布，即輸入圖像的傅立時(shí)譜為S(u,v)=∫∫[f(x+a,y)+g(x-a,y)]×exp[-i2πλf(xu+yv)]dxdy---(1)]]>S(u，v)稱為f(x，y)和g(x，y)的聯(lián)合傅立葉譜，根據(jù)傅立葉位移變換法則，可改寫為S(u,v)=exp[i2πλfau]F(u,v)+exp[-i2πλfau]G(u,v)---(2)]]>式中F(u,v)=∫∫[f(x,y)×exp[-i2πλf(xu+yv)]]dxdy---(3)]]>G(u,v)=∫∫[g(x,y)×exp[-i2πλf(xu+yv)]]dxdy---(4)]]>聯(lián)合傅立葉譜S(u，v)經(jīng)過液晶光閥3轉(zhuǎn)成功率譜|S(u,v)|2=|F(u,v)|2+exp[i2πλfau]F(u,v)G*(u,v)]]>+exp[i2πλfau]F*(u,v)G(u,v)+|G(u,v)|2---(5)]]>由另一激光器5，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直，通過分光棱鏡4照明液晶光閥3的輸出端讀出該功率譜。由第一透鏡6，對(duì)聯(lián)合功率譜|S(u，v)|2再次進(jìn)行傅立葉變換，得到
O(ξ,η)=∫∫|S(u,v)|2exp[i2πλf(ξu+ηv)]dudv---(6)]]>將(5)式代入(6)式得到四項(xiàng)，O＝O1+O2+O3+O4，下面對(duì)這四項(xiàng)逐項(xiàng)分析，第一項(xiàng)為O1(ξ,η)=∫∫|F(u,v)|2exp[i2πλf(ξu+ηv)]dudv---(7)]]>它是f(x，y)的自相關(guān)，O1(ξ，η)＝∫∫f(α，β)f*(α-ξ，β-η)dαdβ(8)第二項(xiàng)為O2(ξ,η)=∫∫exp[i4πλfau]F(u,v)G*(u,v)×exp[i2πλf(ξu+ηv)]dudv---(9)]]>它可以表示為O2(ξ，η)＝∫∫f(α，β)g*[α-(ξ+2a)，β-η]dαdβ (10)這正是f(x，y)和g(x，y)的相關(guān)，只是在ξ軸上平移-2a。類似的，第三項(xiàng)正是g(x，y)和f(x，y)的相關(guān)，在ξ軸上平移2a的距離O3(ξ，η)＝∫∫f*[α-(ξ-2a)，β-η]g[α，β]dαdβ (11)第四項(xiàng)O4(ξ，η)＝∫∫g(α，β)g*(α-ξ，β-η)dαdβ (12)為g(x，y)的自相關(guān)。它與第一項(xiàng)一起疊加在輸出平面中心附近，可以稱之為0級(jí)項(xiàng)，它們不是信號(hào)。兩個(gè)互相關(guān)O2和O3為一級(jí)項(xiàng)，正是我們要的相關(guān)輸出信號(hào)，他們?cè)谳敵銎矫嫔涎卅屋S分別平移-2a和2a，因而與0級(jí)項(xiàng)分離在先技術(shù)[3](參見Dvid Mendlovic，Haldun M.Ozaktas，and Adlof W.lohmannFractional correlation.Appl.Opt.，1995，34(2)303～309)David Mendlovic等人提出了光學(xué)分?jǐn)?shù)相關(guān)的概念，并相應(yīng)的給出了匹配濾波結(jié)構(gòu)的分?jǐn)?shù)相關(guān)器和聯(lián)合分?jǐn)?shù)傅立葉變換的相關(guān)器。分?jǐn)?shù)相關(guān)器在結(jié)構(gòu)上，與經(jīng)典的VLC結(jié)構(gòu)和JTC結(jié)構(gòu)沒有什么區(qū)別，只是將一階的傅立葉變換替換成了分?jǐn)?shù)階的傅立葉變換，但是在相關(guān)性能上有很大的區(qū)別，經(jīng)典的VLC結(jié)構(gòu)和JTC結(jié)構(gòu)都是空不變相關(guān)系統(tǒng)，就是說當(dāng)輸入圖像在空間位置上發(fā)生位移時(shí)，其相關(guān)峰值不發(fā)生變化，這一特性稱為空不變。而分?jǐn)?shù)相關(guān)器是空變系統(tǒng)。
在先技術(shù)[4](參見Jeffrey A.Davis，Don M.Cottrell etc.Space-variant Fresneltransform optical correlator.Appl.Opt.，1992，31(32)6889～6893)Jeffrey A.Davis提出了匹配濾波結(jié)構(gòu)的空變菲涅耳變換光學(xué)相關(guān)器，該相關(guān)器也是空變相關(guān)系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上與經(jīng)典VLC結(jié)構(gòu)相比較，僅僅是減去了4f系統(tǒng)中的第一個(gè)傅立葉變換透鏡，在滿足菲涅耳近似的條件下，將傅立葉變換替換成了菲涅耳變換，匹配濾波器也是以菲涅耳全息的方式記錄的，后面的操作與經(jīng)典的VLC結(jié)構(gòu)相同。
以上先前技術(shù)中分別利用了光學(xué)傅立葉變換、分?jǐn)?shù)傅立葉變換和菲涅耳變換實(shí)現(xiàn)了光學(xué)相關(guān)。以上先前技術(shù)中[1][2]均是空不變系統(tǒng)，雖然在模式識(shí)別、跟蹤探測(cè)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，但是圖像編碼、光學(xué)加密等領(lǐng)域中不及空變的相關(guān)系統(tǒng)更具有優(yōu)勢(shì)，[3][4]的發(fā)展擴(kuò)展了光學(xué)相關(guān)器的多樣性，同時(shí)滿足了不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種菲涅耳聯(lián)合變換光學(xué)相關(guān)器，該菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，不需要制作復(fù)濾波器，可以實(shí)時(shí)更新參考圖像，允許參考圖像和目標(biāo)圖像作同步菲涅耳變換，可避免匹配濾波器的對(duì)準(zhǔn)操作。
2.通過調(diào)整輸入的參考圖像與目標(biāo)圖像的相對(duì)位置以及參考圖像或目標(biāo)圖像的線性位相調(diào)制，可以共同影響相關(guān)值，這一特性在光學(xué)加密中具有重要的意義。；本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，包括具有準(zhǔn)直擴(kuò)束結(jié)構(gòu)的第一激光器，在該激光器發(fā)出的激光平面波的前進(jìn)方向依次有空間光調(diào)制器、液晶光閥、偏振分光棱鏡、透鏡及CCD探測(cè)器，還有帶準(zhǔn)直擴(kuò)束結(jié)構(gòu)的第二激光器，所述的液晶光閥、透鏡和CCD探測(cè)器之間的距離為所述的透鏡的焦距f，所述的第二激光器發(fā)出的平面波激光通過所述的偏振分光棱鏡反射后照射所述的液晶光閥，所述的CCD探測(cè)器的輸出端與計(jì)算機(jī)相連，該計(jì)算機(jī)的輸出端與所述的液晶光閥相連，由計(jì)算機(jī)輸入空間光調(diào)制器的參考圖像和目標(biāo)圖像的中心距b大于兩信號(hào)尺寸之和，其特征在于所述的空間光調(diào)制器與液晶光閥之間的距離為d，該距離d滿足菲涅耳近似條件d≥Δ1Δ2N/λ，式中Δ1、Δ2分別表示空間光調(diào)制器和液晶光閥的像素尺寸，N表示液晶光閥的像素?cái)?shù)，λ為激光波長(zhǎng)；在所述空間光調(diào)制器的目標(biāo)圖像或參考圖像處有一相位掩膜，對(duì)所述的目標(biāo)圖像或參考圖像進(jìn)行線性位相調(diào)制。
所述的相位掩膜是一空間光調(diào)制器，其作用是給目標(biāo)圖像或參考圖像乘以一線性相位函數(shù)，該線性相位函數(shù)為φ＝exp(i2πpχ/λd)，式中的p表示線性調(diào)制函數(shù)的線性調(diào)制參數(shù)，p+b＝0。
所述的相位掩膜的作用可直接由計(jì)算機(jī)預(yù)先對(duì)目標(biāo)圖像或參考圖像乘以一線性相位函數(shù)φ＝exp(i2πpχ/λd)來實(shí)現(xiàn)，式中的p表示線性調(diào)制函數(shù)的線性調(diào)制參數(shù)，p+b＝0。
與在先技術(shù)相比，本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是1.與Jeffrey A.Davis提出的菲涅耳相關(guān)器相比較，本文中的菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器結(jié)構(gòu)，不需要制作復(fù)濾波器，可以實(shí)時(shí)更新參考圖像，允許參考圖像和目標(biāo)圖像作同步菲涅耳變換，避免了匹配濾波器的對(duì)準(zhǔn)操作。
2.通過調(diào)整輸入的參考圖像與目標(biāo)圖像的相對(duì)位置以及參考圖像或目標(biāo)圖像的線性位相調(diào)制，可以共同影響相關(guān)值，這一特性在光學(xué)加密中具有重要的意義。


圖1是在先技術(shù)結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器的結(jié)構(gòu)示意中1-第一激光器 2-空間光調(diào)制器 3-液晶光閥 4-偏振分光棱鏡5-第二激光器 6-第一透鏡 7-CCD探測(cè)器 8-反光鏡 9-目標(biāo)圖像10-參考圖像 11-第二透鏡 12-計(jì)算機(jī) 13-相位調(diào)制掩膜具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖2，由圖可見，本發(fā)明的菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，包括具有準(zhǔn)直擴(kuò)束結(jié)構(gòu)的第一激光器1，在該激光器1發(fā)出的激光平面波的前進(jìn)方向依次有空間光調(diào)制器2、液晶光閥3、偏振分光棱鏡4、透鏡6及CCD探測(cè)器7，還有帶準(zhǔn)直擴(kuò)束結(jié)構(gòu)的第二激光器5，所述的液晶光閥3、透鏡6和CCD探測(cè)器7之間的距離為所述的透鏡(6)的焦距f，所述的第二激光器5發(fā)出的平面波激光通過所述的偏振分光棱鏡4反射后照射所述的液晶光閥3，所述的CCD探測(cè)器7的輸出端與計(jì)算機(jī)12相連，該計(jì)算機(jī)12的輸出端與所述的液晶光閥3相連，由計(jì)算機(jī)12輸入空間光調(diào)制器2的參考圖像10和目標(biāo)圖像9的中心距b大于兩信號(hào)尺寸之和，所述的空間光調(diào)制器2與液晶光閥3之間的距離為d，該距離d滿足菲涅耳近似條件d≥Δ1Δ2N/λ，式中Δ1、Δ2分別表示空間光調(diào)制器2和液晶光閥3的像素尺寸，N表示液晶光閥3的像素?cái)?shù)，λ為激光波長(zhǎng)；在所述空間光調(diào)制器2的目標(biāo)圖像9或參考圖像10處有一相位掩膜13，對(duì)所述的目標(biāo)圖像9或參考圖像10進(jìn)行線性位相調(diào)制。所述的相位掩膜13的作用是給目標(biāo)圖像(9)或參考圖像(10)乘以一線性相位函數(shù)，該線性相位函數(shù)為φ＝exp(i2πpχ/λd)，式中的p表示線性調(diào)制函數(shù)的線性調(diào)制參數(shù)，p+b＝0。
基本原理就是，將參與相關(guān)的目標(biāo)圖像9和參考圖像10同時(shí)顯示在空間光調(diào)制器2上，并且為準(zhǔn)直擴(kuò)束的激光器1所產(chǎn)生的平面波照明，在空間光調(diào)制器2上所顯示的圖像經(jīng)過菲涅耳空間距離d，在液晶光閥3的輸入面所形成的不再是如圖1中經(jīng)典聯(lián)合相關(guān)器那樣形成聯(lián)合傅立葉變換譜，而是聯(lián)合圖像經(jīng)菲涅耳空間距離d形成的目標(biāo)圖像9和參考圖像10的聯(lián)合菲涅耳變換譜，該聯(lián)合變換譜，經(jīng)液晶光閥3轉(zhuǎn)換成菲涅耳聯(lián)合功率譜，由激光器5經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直，通過偏振分光棱鏡4讀出，這與圖1所示的經(jīng)典的聯(lián)合變換相關(guān)器的操作一樣，那么在后續(xù)的操作過程與圖1所示結(jié)構(gòu)完全一致。
本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)如下為了說明方便，僅討論一維情況。輸入的參考圖像10和目標(biāo)圖像9分別為f(x1-b)、g(x1)，同時(shí)顯示在空間光調(diào)制器2上，兩信號(hào)之間距離為b，與傳統(tǒng)聯(lián)合相關(guān)器一樣，為了使互相關(guān)信號(hào)不與自相關(guān)信號(hào)重疊，要求b大于兩信號(hào)尺寸之和。為了獲得與傳統(tǒng)相關(guān)器一致的相關(guān)值，還需要將參考信號(hào)乘以一個(gè)相位調(diào)制函數(shù)13，該位相函數(shù)為φ＝exp(i2πpχ/λd) (1)式中的p表示線性調(diào)制函數(shù)的線性調(diào)制參數(shù)，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以在CCD探測(cè)器7處獲得與圖1所示經(jīng)典聯(lián)合變換相關(guān)器相一致的相關(guān)值，λ表示激光器1的波長(zhǎng)，d表示空間光調(diào)制器2到液晶光閥3輸入端的距離d，該距離d要求滿足菲涅耳近似條件d≥Δ1Δ2N/λ，Δ1、Δ2分別表示空間光調(diào)制器2和液晶光閥3的像素尺寸，N表示液晶光閥3的像素?cái)?shù)。根據(jù)菲涅耳衍射理論(參見 宋豐華，現(xiàn)代空間光電信息處理技術(shù)及應(yīng)用，國(guó)防工業(yè)出版社，2004(第一版)，pp45～57)，在液晶光閥3輸入面上可以得到聯(lián)合圖像的菲涅耳變換譜E2(x2)＝Z2(x2；d)F{Z1(x1；d)[φf(x1-b)+g(x1)]}＝Z2(x2；d)F[Z1(x1；d)φ(x1-b)]+Z2(x2；d)F[Z1(x1；d)g(x1)] (2)式中的F表示傅立葉變換操作，Z2(x2；d)是菲涅耳變換相位函數(shù)，定義為
Z(x；s)＝exp(iπχ2/λd) (3)經(jīng)液晶光閥3的轉(zhuǎn)換，在液晶光閥3的輸出端可以獲得f(x1-b)、g(x1)的菲涅耳變換聯(lián)合功率譜|E2(x2)|2、|F[Z1(x1；d)(x1-b)]2+|F[Z1(x1；d)g(x1)]2+exp[-i2π(bx2-0.5b2)/λd]F[Z1(x1；d)f(x1)](x2-b-p)·F*[Z1(x1；d)g(x1)](x2)+exp[-i2π(bx2-0.5b2)/λd]F*[Z1(x1；d)f(x1](x2-b-p)·F[Z1(x1；d)g(x1)](x2)(4)上式中的·表示乘積，(x2-b-p)、(x2)表示第3，4項(xiàng)的坐標(biāo)。上式中exp(i2πb2/λd)對(duì)相關(guān)結(jié)果沒有影響，在后文中省略。為了得到理想的相關(guān)結(jié)果，要求b+p＝0。通過透鏡6對(duì)上述菲涅耳變換聯(lián)合功率譜|E2(x2)|2作傅立葉逆變換，得到O(x3,)=F{|E2(x2)|2}=∫-∞∞E2(x2)|2exp[i2πx2x3λf]dx2---(5)]]>將(4)式代入(5)式，得到四項(xiàng)，O＝O1+O2+O3+O4。下面我們逐項(xiàng)進(jìn)行分析，第一項(xiàng)為O1(x3)=∫-∞∞|F[Z1(x1;d)φf(x1-b)]2|exp(i2πx2x3λf)dx2---(6)]]>它是Z1(x1；d)φf(x1-a)的自相關(guān)，即O1(x3)＝[Z1(x1；d)φf(x1-a)][Z1(x1；f)φf(x1-a)](7)同理，第二項(xiàng)是Z1(x1；d)g(x1)的自相關(guān)O2(x3)＝[Z1(x1；d)g(x1)][Z1(x1；d)g(x1)](8)第三項(xiàng)和第四項(xiàng)，令φ’＝exp(j2πt/λd) (9)式中t＝b+p，可以得到Z1(x1；d)φ’f(x1-a)和Z1(x1；d)g(x1)的互相關(guān)，分別位于相關(guān)平面的x3軸的±b處，O3(x3)＝[Z1(x1；d)φ’f(x1)][Z1(x1；d)g(x1)]*δ(x3-b) (10)O4(x3)＝[Z1(x1；d)φ’f(x1)][Z1(x1；d)g(x1)]*δ(x3+b) (11)以上各式中的符號(hào)、*分別表示相關(guān)和卷積。由(9)式可知，當(dāng)t＝0時(shí)，(10)、(11)式可以得到Z1(x1；d)f(x1)和Z1(x1；d)g(x1)的互相關(guān)，其相關(guān)值與f(x1)和g(x1)的相關(guān)值一致。由于輸入的參考信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)為啁啾函數(shù)所調(diào)制，所以相關(guān)峰值對(duì)輸入信號(hào)的位置是敏感的，這一點(diǎn)與參考文獻(xiàn)4中匹配濾波器結(jié)構(gòu)的菲涅爾相關(guān)器的特性是一致的。相關(guān)信號(hào)的位置與傳統(tǒng)聯(lián)合變換相關(guān)器一樣，由兩個(gè)輸入信號(hào)的相對(duì)位置b決定。
當(dāng)f(x1)＝g(x1)時(shí)，我們可以得到O3(x3)＝|∫|f(x1)|2exp(-j2πtx1/λd)dx1| (12)在傳統(tǒng)的聯(lián)合變換相關(guān)器中，當(dāng)輸入目標(biāo)圖像或參考圖像的相位發(fā)生線性變化時(shí)，輸出端的相關(guān)峰值不發(fā)生變化，而在菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器中，當(dāng)t≠0時(shí)，將會(huì)引起(9)式中復(fù)指數(shù)項(xiàng)的快速振蕩，從而使峰值高度降低。
第一、二項(xiàng)O1(x3)、O2(x3)疊加在相關(guān)輸出面的原點(diǎn)處，合成為一個(gè)峰值，第三、四項(xiàng)分布在x3軸的±b處。因此在相關(guān)輸出面上可以探測(cè)到三個(gè)相關(guān)峰，位于中間的峰值最大，是疊加在一起的第一、二項(xiàng)的自相關(guān)項(xiàng)，對(duì)稱分布在其兩邊的相關(guān)峰是第三、四項(xiàng)互相關(guān)項(xiàng)，峰值較低。我們需要的是對(duì)稱分布的互相關(guān)項(xiàng)，中間的自相關(guān)項(xiàng)(或直流項(xiàng))可以通過濾波的方法去除。
第一激光器1、第二激光器5，空間光調(diào)制器2，液晶光閥3，透鏡6，CCD探測(cè)器7共同組成了菲涅耳光學(xué)相關(guān)器的主體結(jié)構(gòu)?？臻g光調(diào)制器2是菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器的輸入端，CCD探測(cè)器7是該相關(guān)器的輸出端。由計(jì)算機(jī)12驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制器2，輸入?yún)⒖紙D像10和目標(biāo)圖像9，經(jīng)過液晶光閥3第一透鏡6，在CCD探測(cè)器7上獲取參考圖像10和目標(biāo)圖像9的相關(guān)值，并輸入計(jì)算機(jī)12做下一步處理。
相位調(diào)制掩膜13可以由另一空間光調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)，也可以直接由計(jì)算機(jī)預(yù)先對(duì)參考圖像乘以一線性相位函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，包括具有準(zhǔn)直擴(kuò)束結(jié)構(gòu)的第一激光器(1)，在該激光器(1)發(fā)出的激光平面波的前進(jìn)方向依次有空間光調(diào)制器(2)、液晶光閥(3)、偏振分光棱鏡(4)、透鏡(6)及CCD探測(cè)器(7)，還有帶準(zhǔn)直擴(kuò)束結(jié)構(gòu)的第二激光器(5)，所述的液晶光閥(3)、透鏡(6)和CCD探測(cè)器(7)之間的距離為所述的透鏡(6)的焦距f，所述的第二激光器(5)發(fā)出的平面波激光通過所述的偏振分光棱鏡(4)反射后照射所述的液晶光閥(3)，所述的CCD探測(cè)器(7)的輸出端與計(jì)算機(jī)(12)相連，該計(jì)算機(jī)(12)的輸出端與所述的液晶光閥(3)相連，由計(jì)算機(jī)(12)輸入空間光調(diào)制器(2)的參考圖像(10)和目標(biāo)圖像(9)的中心距b大于兩信號(hào)尺寸之和，其特征在于所述的空間光調(diào)制器(2)與液晶光閥(3)之間的距離為d，該距離d滿足菲涅耳近似條件d≥Δ1Δ2N/λ，式中Δ1、Δ2分別表示空間光調(diào)制器(2)和液晶光閥(3)的像素尺寸，N表示液晶光閥(3)的像素?cái)?shù)，λ為激光波長(zhǎng)；在所述空間光調(diào)制器(2)的目標(biāo)圖像(9)或參考圖像(10)處有一相位掩膜(13)，對(duì)所述的目標(biāo)圖像(9)或參考圖像(10)進(jìn)行線性位相調(diào)制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，其特征在于所述的相位掩膜(13)是一空間光調(diào)制器，其作用是給目標(biāo)圖像(9)或參考圖像(10)乘以一線性相位函數(shù)，該線性相位函數(shù)為φ＝exp(i2πpx/λd)，式中的p表示線性調(diào)制函數(shù)的線性調(diào)制參數(shù)，p+b＝0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，其特征在于所述的相位掩膜(13)直接由計(jì)算機(jī)(12)預(yù)先對(duì)目標(biāo)圖像(9)或參考圖像(10)乘以一線性相位函數(shù)φ＝exp(i2πpx/λd)，式中的p表示線性調(diào)制函數(shù)的線性調(diào)制參數(shù)，p+b＝0。
全文摘要
一種菲涅耳聯(lián)合變換相關(guān)器，其特點(diǎn)是在空間光調(diào)制器與液晶光閥之間沒有透鏡，空間光調(diào)制器與液晶光閥之間的距離為d，該距離d滿足菲涅耳近似條件d≥Δ
文檔編號(hào)G02F1/01GK1713027SQ20051002617
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者鄧紹更, 劉立人 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所