CN103456322A - 基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法，其特征在于包括编码存储记录过程、层析解码读取过程、层析解码补偿过程、以及层析解码转换过程。1、编码存储记录过程：在透光介质上确定记录点并刻录小孔，得到记录有二进制信息的多层记录介质。2、层析解码读取过程：通过复频域光学相干层析系统对刻有信息的多层介质并行读取记录点的层析信号。3、层析解码补偿过程：根据记录点读取的记录信息，判断是否做补偿处理，得到补偿完的层析读出结果。4、层析解码转换过程：通过对层析解码补偿后的信号设定阈值判据，将层析解码信息转换为二进制信息并最终读取。

Description

基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法

技术领域

本发明涉及一种多层二进制信息类光盘存读方法，特别是涉及一种基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法。

背景技术

光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography，简称OCT），主要利用干涉原理来实现对样品一段深度层析信息的采集。复频域光学相干层析探测方法基于光学相干层析技术，采用干涉仪和光谱仪组合系统，通过对不同波长编码的物光干涉图样，并采用相移法去除复共轭像和直流项，提高了系统的成像速度以及扩大了系统的成像范围。光盘作为现有的大容量存储设备，通过刻录在涂层上的凹槽来记录二进制数据，但现有光盘的类型均为单层光盘，多层光盘存储技术还未能兴起。多层光盘不仅存储容量大，而且能同时读取多层数据，提高了读取速度，因此本发明结合复频域光学相干层析技术和光盘二进制数据记录原理，提出了一种基于复频域光学相干层析系统解码读取的多层类光盘存读方法，实现多层二进制信息编码储存和解码读取。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法。

本发明的基于复频域光学相干层析系统解码读取的多层类光盘存读方法，包括编码存储记录过程、层析解码读取过程、层析解码补偿过程、以及层析解码转换过程。具体技术方案如下：

基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法，其特征在于：包括编码存储记录过程、层析解码读取过程、层析解码补偿过程和层析解码转换过程；

（1）编码存储记录过程：在单层透光介质上等间距确定记录点，在各个记录点处根据需要记录的信息在单层透光介质上刻录小孔，在厚度为L单层透光介质上的不同记录点处得到刻录的小孔，记录点处刻录小孔编码为二进制信息，记录点间距为d，记录方向沿介质平面方向，将刻录的M个单层透光介质层叠在一起并固定，得到记录有二进制信息的多层记录介质，完成编码存储记录过程；或者在多层记录介质的不同层内直接记录信息；

所述的在单层透光介质上刻录小孔代表二进制数据中码“0，1”，刻录有小孔的记录点定义编码为0，没有刻录小孔的记录点定义编码为1。

（2）层析解码读取过程：通过复频域光学相干层析系统对刻有信息的多层介质完成层析成像，横向扫描间隔为d，横向扫描范围为整个介质记录点区域；每次读取方向为沿介质平面法向方向即深度方向，多层同时读取记录介质记录点的层析信号；

（3）层析解码补偿过程：当第N层介质平面法向方向即深度方向上记录点读取为有刻录小孔即编码为0时，需将深度方向上第N+1层至M层记录点的整体层析图像在深度方向上平移K个像素，K表示为：

$K=\frac{2n_0({\mathrm{\λ}}_{\max }-{\mathrm{\λ}}_{\min })B*(n_1-n_0)*L}{{\mathrm{\λ}}_0^{2}A}$

其中n₀是空气折射率，λ₀是复频域光学相干层析系统光源的中心波长，λ_max是系统光源的最大波长，λ_min是系统光源的最小波长，B为系统得到层析图图像的横向像素值，n₁是记录介质的折射率，L是记录介质的厚度，A为相移干涉图上干涉条纹所包含的横向像素值；

当第N层介质平面法向方向即深度方向上记录点读取为无刻录小孔即编码为1时，层析信号强度图不做处理；

所述的层析编码补偿过程的补偿顺序为，从第一层至第M-1层对记录介质所有层的记录点按介质平面法向方向即深度方向依次完成存储信息层析补偿过程，最终得到补偿完的层析读出结果。

所述的图像在深度方向上平移K个像素的平移方向为在深度方向上指向M层的方向。

（4）层析解码转换过程：补偿完的记录介质层析信号强度图为沿介质平面法向方向即深度方向上的信号峰，设定系统解码阈值为最大信号强度的一半信号强度并做出阈值判定，当信号峰值大于阈值时，系统判定该记录点记录的二进制信息解码为1，当信号峰值小于阈值时，系统判定该记录点记录的二进制信息解码为0，完成从层析解码信息转换为二进制信息的最终读取。

复频域光学相干层析系统，其特征在于，包括以下部分：发射光路系统，接收光路系统，分光棱镜反射光路系统，即样品臂，分光棱镜透射光路系统，即参考臂；发射光路系统包括超辐射发光二级管宽带光源1、扩束准直系统2、衰减装置3、以及分光棱镜4，具有不同参数的超辐射发光二级管宽带光源均能作为该系统的光源，完成系统的读取；接收光路系统包括光栅5、透镜6、图像采集器7；分光棱镜反射光路系统包括载物平移台8，用于放置多层存储介质9、聚焦透镜10；分光棱镜透射光路系统包括压电陶瓷平移台11、以及反射镜12；复频域光学相干层析系统的深度轴向分辨率应小于单层透光介质的厚度L；复频域光学相干层析系统聚焦透镜聚焦处的光斑直径大小应小于编码存储记录过程的记录点间距d。

复频域光学相干层析系统的深度轴向分辨率应小于单层透光介质的厚度L，当系统的深度轴向分辨率大于单层透光介质的厚度L，读取多层存储介质记录的信息时，同一记录点相邻层数记录的二进制信号峰将出现重叠，导致无法正确读取信息。

所述的复频域光学相干层析系统，其深度轴向分辨率Δz应小于单层透光介质的厚度L，深度轴向分辨率Δz为：

$\mathrm{\Δz}=\frac{2\ln 2}{\mathrm{\π}}\frac{{\mathrm{\λ}}_0^2}{\mathrm{\Δ\λ}}$

λ₀是复频域光学相干层析系统光源的中心波长，Δλ是复频域光学相干层析系统光源的谱宽。

复频域光学相干层析系统聚焦透镜聚焦处的光斑直径大小应小于编码存储记录过程的记录点间距d，系统聚焦透镜聚焦处的光斑直径大小决定了系统的横向分辨率，当系统聚焦透镜聚焦处的光斑直径大小大于编码存储记录过程的记录点间距d，读取多层存储介质记录的信息时，同一层记录介质相邻记录点记录的二进制信号峰将出现重叠，导致无法正确读取信息。

有益效果

一种基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法，在技术上可实现了多层信息的存储和读取，对于多层存储的信息可以并行读取和处理；并且，转换为二进制码信息，有利于与现有数字信息处理技术兼容，实用性广泛。

附图说明

图1是基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法流程图。

图2是基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法编码存储记录过程示意图。

图3是复频域光学相干层析解码系统组成示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的典型实施例及其特征。

本发明的基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法，其特征在于包括编码存储记录过程，按照如图1所示流程，完成以下步骤：（1）编码存储记录过程：在单层透光介质上等间距确定记录点，在各个记录点处根据需要记录的信息在单层透光介质上刻录小孔，在厚度为L单层透光介质上的不同记录点处得到刻录的小孔，记录点处刻录小孔编码为二进制信息，记录点间距为d，记录方向沿介质平面方向，将刻录的M个单层透光介质层叠在一起并固定，得到记录有二进制信息的多层记录介质，完成编码存储记录过程，如图2示意图所示；也可以在多层记录介质的不同层内直接记录信息。（2）层析解码读取过程：通过复频域光学相干层析系统对刻有信息的多层介质完成层析成像，横向扫描间隔为d，横向扫描范围为整个介质记录点区域；每次读取方向为沿介质平面法向方向即深度方向，多层并行读取记录介质记录点的层析信号。（3）层析解码补偿过程：根据深度方向上记录点读取的记录信息，判断是否做补偿处理，得到补偿完的层析读出结果。（4）层析解码转换过程：通过对层析解码补偿后的信号设定阈值判据，将层析解码信息转换为二进制的信息并最终读取。

根据本发明实施例的编码存储记录过程选用的记录介质为塑料片，记录层数为两层，每层记录点数为两个，第一层记录信息编码为0，1，第一个记录点刻录小孔，第二个记录点不刻录小孔，第二层记录信息编码为1，0，第一个记录点不刻录小孔，第二个记录点刻录小孔，将两片塑料片层叠并固定，得到记录有二进制信息的多层记录介质，如图2示意图所示，编码存储记录过程完成。

本发明的解码读取系统组成如图3所示，包括发射光路系统，接收光路系统，分光棱镜反射光路（样品臂）系统，分光棱镜透射光路（参考臂）系统；其中发射光路系统包括超辐射发光二级管宽带光源1、扩束准直系统2、衰减装置3、分光棱镜4；接收光路系统包括光栅5、透镜6、图像采集器7；分光棱镜反射光路（样品臂）系统包括载物平移台8，所述载物平移台用于放置多层存储介质9、聚焦透镜10；分光棱镜透射光路（参考臂）系统包括压电陶瓷平移台11、反射镜12。所述超辐射发光二级管宽带光源11的中心波长为840 nm，其最大波长和最小波长之差为80 nm；所述光栅5分辨率为每毫米1200线对；所述图像采集器7的像素尺寸大小为1600*1200；采用三步定步长相移法去除镜像和直流项，相移角为π/2。通过复频域光学相干层析系统对刻录有信息的多层介质完成层析成像，得到多层存储介质的层析信号图。

由系统参数计算得到补偿像素值为20个像素，依次完成补偿判定，在第一个记录点第一层处编码为0，判定需要进行补偿，第二层图像向深层方向平移20个像素；在第二个记录点第一层处编码为1，无需补偿处理。通过存储信息层析补偿过程处理，完成得到多层存储介质的层析信号强度图。

完成层析信号强度图解码为记录的二进制信息过程：补偿完的记录介质层析信号强度图为沿介质平面法向方向即深度方向上的信号峰，预设解码阈值为最大信号强度的一半信号强度，根据此解码阈值做出阈值判定，当信号峰值大于阈值时，系统判定该记录点记录的二进制信息解码为1，则第一层第二记录点和第二层第一记录点的解码值为1，当信号峰值小于阈值时，系统判定该记录点记录的二进制信息解码为0，则第一层第一记录点和第二层第二记录点的解码值为0，完成由层析解码信息转换为二进制信息的最终读取。

本发明的典型实施例的实验结果表明，基于复频域光学相干层析系统解码读取的多层类光盘存读方法能在多层介质上完成编码存储记录过程，且解码读取过程能准确读出所记录的信息，证明其方法可行。

尽管参考特定优选实施例详细描述了本发明，在此描述的本发明实施例没有打算是详尽的或者局限于所公开的具体形式。相反，所选的用于说明问题的实施例是为了使本技术领域内的技术人员实施本发明而选择的。在不脱离下面的权利要求所描述和限定的本发明的实质范围的情况下，存在变型例和修改例。

Claims (2)

1.基于复频域光学相干层析解码读取的多层类光盘存读方法，其特征在于：包括编码存储记录过程、层析解码读取过程、层析解码补偿过程和层析解码转换过程；

（1）编码存储记录过程：在单层透光介质上等间距确定记录点，在各个记录点处根据需要记录的信息在单层透光介质上刻录小孔，在厚度为L单层透光介质上的不同记录点处得到刻录的小孔，记录点处刻录小孔编码为二进制信息，记录点间距为d，记录方向沿介质平面方向，将刻录的M个单层透光介质层叠在一起并固定，得到记录有二进制信息的多层记录介质，完成编码存储记录过程；或者在多层记录介质的不同层内直接记录信息；

（2）层析解码读取过程：通过复频域光学相干层析系统对刻有信息的多层介质完成层析成像，横向扫描间隔为d，横向扫描范围为整个介质记录点区域；每次读取方向为沿介质平面法向方向即深度方向，多层同时读取记录介质记录点的层析信号；

（3）层析解码补偿过程：当第N层介质平面法向方向即深度方向上记录点读取为有刻录小孔即编码为0时，需将深度方向上第N+1层至M层记录点的整体层析图像在深度方向上平移K个像素，K表示为：

$K=\frac{2n_0({\mathrm{\λ}}_{\max }-{\mathrm{\λ}}_{\min })B*(n_1-n_0)*L}{{\mathrm{\λ}}_0^{2}A}$

其中，n₀是空气折射率，λ₀是复频域光学相干层析系统光源的中心波长，λ_max是系统光源的最大波长，λ_min是系统光源的最小波长，B为系统得到层析图图像的横向像素值，n₁是记录介质的折射率，L是记录介质的厚度，A为相移干涉图上干涉条纹所包含的横向像素值；

当第N层介质平面法向方向即深度方向上记录点读取为无刻录小孔即编码为1时，层析信号强度图不做处理；

（4）层析解码转换过程：补偿完的记录介质层析信号强度图为沿介质平面法向方向即深度方向上的信号峰，设定系统解码阈值为最大信号强度的一半信号强度并做出阈值判定，当信号峰值大于阈值时，系统判定该记录点记录的二进制信息解码为1，当信号峰值小于阈值时，系统判定该记录点记录的二进制信息解码为0，完成从层析解码信息转换为二进制信息的最终读取。

2.实现权利要求1所述方法的复频域光学相干层析系统，其特征在于，包括以下部分：发射光路系统，接收光路系统，分光棱镜反射光路系统，即样品臂，分光棱镜透射光路系统，即参考臂；发射光路系统包括超辐射发光二级管宽带光源（1）、扩束准直系统（2）、衰减装置（3）、以及分光棱镜（4）；接收光路系统包括光栅（5）、透镜（6）、图像采集器（7）；分光棱镜反射光路系统包括载物平移台（8），用于放置多层存储介质（9）、聚焦透镜（10）；分光棱镜透射光路系统包括压电陶瓷平移台（11）、以及反射镜（12）；复频域光学相干层析系统的深度轴向分辨率应小于单层透光介质的厚度L；复频域光学相干层析系统聚焦透镜聚焦处的光斑直径大小应小于编码存储记录过程的记录点间距d。

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