CN113310441A - 一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对光束的偏振调制和偏振关联成像技术，公开了一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案和一种可以增强观测成像效果的信息处理算法。激光器输出的光束透过毛玻璃后经过偏振片和四分之一波片组成的偏振调制器后形成定线偏振角度并通过分束器分成两路光，即参考光和物光，参考光经过一定距离的传输后被有空间分辨能力的探测器接收；物光照射在粗糙金属表面形成反射光后，首先用分束器将反射光分成两路，其中一路光被45°的偏振片调制后由桶探测器接收，另一路光通过偏振分束器的调制，将其水平偏振分量和垂直偏振分量分离并分别被两个不同的桶探测器接收；物臂的三个桶探测器接收到的光强信号通过算法处理后与参考臂接收到的信号进行关联计算，最终得到物体的像。本发明通过对偏振态的调制、接收以及算法的设计，丰富了成像偏振信息，可以作为一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，其弥补了传统技术的不足且结构简单，经济成本低。

Description

一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案

技术领域

本发明涉及光束的偏振调制和接收以及关联计算算法的技术，具体涉及一种偏振调制的应用于金属表面粗糙度探测的关联成像模型和一种可以增强观测成像效果的信息处理算法，可应用于金属表面探测领域。

背景技术

关联成像(鬼成像)作为一种新型的非局域成像技术，最初是利用光子的量子纠缠特性而提出的。量子纠缠，即处于一个量子纠缠对的两个粒子，可以不受空间的限制，即使距离非常远也可以表现出相关联的特性，可以由一个粒子的状态而推出另一个粒子的状态。关联成像即利用该特性，通过光场的二阶强度关联计算，可以实现使成像物体和所成像在不同光路中的非局域成像。

由于该成像技术有其独特的优点，人们开始在该技术的基础上开展了各方面的研究，偏振鬼成像就是其中的一个重要分支，即通过调控和探测光的偏振态，通过偏振信息的变化进行成像。使鬼成像能够不局限于利于由反射率决定的光强信息，实现了反射率相同或相似的情况下通过退偏振效果来将物体和背景进行区分的偏振鬼成像。

目前的偏振鬼成像技术主要是利用Stocks向量来描述偏振光的状态，利用Muller矩阵描述物体信息，其中物体的Muller矩阵由于较为复杂，一般的偏振鬼成像模型只是采用了Muller矩阵的简化模式，能实现对Muller矩阵的简单利用，但在一些情况下(如粗糙度很低的金属表面探测)，一般的偏振鬼成像模型难以对金属表面的不同粗糙度进行成像并以此对粗糙程度加以区分。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，为解决上述问题提供了一种新的偏振鬼成像模型，原理简单，容易实现，具有实际应用价值，能够实现在低粗糙度的金属表面中对于不同粗糙度的区分，有利于金属表面加工的效果和缺陷的探测，其结构简单，经济成本低。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，包括如下步骤：

(1)激光器输出的光束透过毛玻璃后，通过偏振片和四分之一波片组成的偏振调制器行成具有特定线偏振角度(π/8)的赝热光，再通过分束器分成两路光吗，即参考光和物光，参考光经过一定距离的传输后被有空间分辨能力的探测器(CCD相机)接收。

(2)物光照射在粗糙金属表面形成反射光后，首先使反射光被分束器分成两路，其中一路光被45°的偏振片调制后由桶探测器接收，另一路光通过偏振分束器的调制，将其水平偏振分量和垂直偏振分量分离并分别被两个不同的桶探测器接收。

(3)对物臂的三个桶探测器接收到的光强信号进行算法处理后与参考臂接收到的信号进行二阶关联计算，最终得到物体的像。

上述技术方案中，所述无空间分辨能力的桶探测器用于接收物臂中经物体反射及调制后的光束，将光场的强度分布求和从而记录光束总强度。

上述技术方案中，所述有空间分辨能力的CCD相机用于接收参考光的光束，能够以矩阵的形式记录参考光场的二维场分布。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、相比于传统的偏振鬼成像，引入了更多的偏振信息，使成像信息更加丰富，效果更好；

2、在反射率较高的金属表面探测中，利用偏振鬼成像的方案探测偏振信息比直接探测光的不同反射强度要更加准确；

3、引入了鬼成像的特性，实现了探测端与成像端的分离，可以在此基础上简化探测端的装置，同时鬼成像使探测的抗干扰能力也有所增强。；

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案结构示意图；

图中，1：偏振信号源；2：分束器；3：CCD相机；4：探测物体；5：偏振分束器；6：线偏振片；7：桶探测器；8：桶探测器；9：桶探测器；10：计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步描述。

参见附图1，本实施例提出的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，包括偏振信号源1、分束器2、CCD相机3、探测物体4、偏振分束器5、线偏振片6、桶探测器7、桶探测器8、桶探测器9、计算机10。

上述各部分的功能分别说明如下：

偏振信号源1，用于输出特定线偏振角度(π/8)的赝热光，由激光器加毛玻璃以及一组由线偏振片和四分之一波片组成的偏振调制器组成；

分束器2，用于将入射光平均分成两束强度相等且与入射光状态相同的出射光；

CCD相机3，用于接收并记录参考光光场的空间分布；

探测物体4，入射光照射后可以反射出带有金属表面偏振信息的反射光；

偏振分束器5，用于把入射的偏振光正交分解成水平和垂直两个偏振方向的偏振光出射；

线偏振片6，将偏振片摆放角度调制成45°，用于将物体反射后的一部偏振信息进行调制，以获得更丰富的偏振信息。

桶探测器7，8，9，用于接收并记录其所接收到光的总光强。

计算机10，输入各探测器接收到的信号进行处理并通过关联算法成出最终的像。

利用上述装置设计的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，具体操作步骤如下：

1.由偏振信号源1输出偏振角度与水平夹角为π/8的赝热光源；

2.初始信号被分束器分为物臂和参考臂两路光，其中参考光经过传输被CCD相机3接收，物光经过传输照射到探测表面上并被反射。

3.反射后的光束再一次被分束器分成两束相等的光，其中一束被线偏振片6调制成45°线偏振光后被桶探测器7接收，另一束光被偏振分束器分成水平和垂直两个分量的线偏振光并最终分别被桶探测器8和9接收；

4.对桶探测器7，8，9所收到的光强信息进行处理后，其结果与CCD相机3接收到的光场分布信息进行二阶关联运算可得出成像结果。

上述对桶探测器7，8，9所收到的光强信息进行处理，是本发明提出的一种新的光强处理算法，可以改善金属表面探测时表面不同粗糙度成像的区分度。即通过运算将45°的偏振信息加入到物光信息中。本系统偏振光用Stocks向量描述，物体表面信息由Muller矩阵描述，当入射光为π/8的线偏振光时

光源可以描述为：

物体反射后的偏振光可描述为：

假设同种金属表面不同粗糙度反射率R(x，y)都为1，这样三个桶探测器接收到的光可以分别表示为：

桶探测器所探测到的光强对应偏振光的Stocks向量第一项的和，即：

统计各桶探测器的光强后，可以通过以下运算得到最终关联运算所用的光强数据：

Claims (6)

1.一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，其特征在于如下步骤：

(1)激光器输出的光束透过毛玻璃后，通过偏振片和四分之一波片组成的偏振调制器形成具有特定线偏振角度(π/8)的赝热光，再通过分束器分成两路光，即参考光和物光，参考光经过一定距离的传输后被有空间分辨能力的探测器(CCD相机)接收；

(2)物光照射在粗糙金属表面形成反射光后，首先使反射光被分束器分成两路，其中一路光被45°的偏振片调制后由桶探测器接收，另一路光通过偏振分束器的调制，将其水平偏振分量和垂直偏振分量分离并分别被两个不同的桶探测器接收；

(3)对物臂的三个桶探测器接收到的光强信号进行算法处理后与参考臂接收到的信号进行二阶关联计算，最终可得到物体的像。

2.一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，包括偏振信号源、分束器、CCD相机、探测物体、偏振分束器、线偏振片、桶探测器、计算机，其特征在于：激光器输出的光束透过毛玻璃后经过偏振片和四分之一波片组成的偏振调制器后形成特定线偏振角度并通过分束器分成两路光，即参考光和物光，参考光经过一定距离的传输后被有空间分辨能力的探测器接收；物光照射在粗糙金属表面形成反射光后，首先使反射光被分束器分成两路，其中一路光被45°的偏振片调制后由桶探测器接收，另一路光通过偏振分束器的调制，将其水平偏振分量和垂直偏振分量分离并分别被两个不同的桶探测器接收；对物臂上的三个桶探测器接收到的光强信号进行算法处理后与参考臂接收到的信号进行二阶关联计算，最终可得到物体的像。

3.根据权利要求2所述的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，其特征在于：所述的经偏振调制器调制后的特定线偏振光为与水平夹角为π/8的线偏振赝热光。

4.根据权利要求2所述的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，其特征在于：所述的45°的偏振片为偏振方向与水平夹角为45°的线偏振片。

5.根据权利要求2所述的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，其特征在于：所述的有空间分辨能力的探测器用于接收并记录参考光光场的空间分布，无空间分辨能力的探测器用于接收并记录所探测到光的总光强。

6.根据权利要求2所述的一种对金属表面粗糙度加工进行探测的偏振关联成像方案，其特征在于：所述的通过对三个桶探测器所收到的光强信息进行处理，是本发明提出的一种新的光强处理算法，可以改善金属表面探测时表面不同粗糙度成像的区分度。即通过运算将调制出的45°的偏振信息加入到物光信息中。计算过程如下：

本系统偏振光用Stocks向量描述，物体表面信息由Muller矩阵描述，当入射光为π/8的线偏振光时

光源可以描述为：

物体反射后的偏振光可描述为：

假设同种金属表面不同粗糙度反射率R(x,y)都为1，这样三个桶探测器接收到的光可以分别表示为：

桶探测器所探测到的光强对应偏振光的Stocks向量第一项的和，即：

统计各桶探测器的光强后，可以通过以下运算得到最终关联运算所用的光强数据：

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