CN113485082B - 基于体全息的三维检测系统、方法、控制器及介质 - Google Patents

Abstract

本发明用于工业检测领域，涉及半导体领域，公开了一种基于体全息的三维检测系统、方法、控制器及介质，其中，基于体全息的三维检测系统包括散斑图像生成系统、体全息光学相关器和目标检测系统，散斑图像生成系统用于获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；体全息光学相关器用于存储不同深度的多个散斑模板图像，并根据多个散斑模板图像对三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出三维目标检测物的体全息相关图像；目标检测系统用于对三维目标散斑图像的体全息相关图像进行三维检测；本发明中，利用体全息技术完成信息量庞大的三维目标图像相关运算，可将复杂的运算过程以光学方式瞬时完成，从而减少运算成本，进而提高半导体三维检测效率。

Description

基于体全息的三维检测系统、方法、控制器及介质

技术领域

本发明涉及工业检测领域，尤其涉及一种基于体全息的三维检测系统、方法、控制器及介质。

背景技术

随着半导体先进封装技术的发展，传统的二维封装逐步向更高维度（如三维）的封装过渡，而先进封装技术也在半导体制造过程中引入了高维的工艺缺陷。相比于常见的二维表面缺陷，孔洞、缺损、形变、内陷、凸起等三维缺陷具有空间立体结构，更为复杂多样，而由于二维表面缺陷检测技术无法检测检测目标的深度信息，因此现有二维表面缺陷检测技术不适用于三维检测。

现有技术中，一般通过三维相机获取检测目标的点云数据，然后对点云数据进行缺陷特征识别，以实现对三维缺陷的检测。但采用点云数据对检测目标进行三维检测时，由于三维的点云数据包含多个空间维度信息，在描述检测目标的特征时需要使用较为复杂的表达方式，这使得在对检测目标的件三维缺陷检测时，需要处理的信息量较大，导致三维检测的效率较低。

发明内容

本发明提供一种基于体全息的三维检测系统、方法、控制器及介质，以解决现有技术中进行三维缺陷检测时，采用点云数据的方式需要处理的信息量较大，导致三维检测效率较低的问题。

提供一种基于体全息的三维检测系统，包括：

散斑图像生成系统，用于获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；

体全息光学相关器，用于存储不同深度的多个散斑模板图像，并根据多个散斑模板图像对三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出三维目标检测物的体全息相关图像；

目标检测系统，用于对三维目标散斑图像的体全息相关图像进行三维检测。

可选地，散斑图像生成系统包括散斑生成装置和第一采集装置，散斑生成装置包括依次排列的第一激光器、第一衍射光学元件和散射介质，第一激光器发射的激光光束依次穿过第一衍射光学元件、散射介质后，最终投射至三维目标检测物上形成三维目标散斑图像；

第一采集装置用于采集三维目标散斑图像。

可选地，散斑生成装置还包括编码微透镜，第一激光器、第一衍射光学元件、散射介质和编码微透镜依次排列。

可选地，散斑生成装置还包括第二衍射光学元件，第一激光器、第一衍射光学元件、散射介质、编码微透镜和第二衍射光学元件依次排列。

可选地，第一激光器为红外线激光器，第一采集装置为红外图像采集装置。

可选地，体全息光学相关器包括依次排列的第一光路组件、光折变晶体和第二光路组件，光折变晶体用于存储多个散斑模板图像，并进行体全息相关运算；

第一光路组件包括依次排列的第二激光器、第一扩束镜、空间光调制器、第一傅立叶透镜，第二激光器发射的激光光束穿过第一扩束镜射入空间光调制器，以将空间光调制器上加载的三维目标散斑图像，通过第一傅立叶透镜投射至光折变晶体，使得光折变晶体上的多个散斑模板图像与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出体全息相关运算结果；

第二光路组件包括第二傅立叶透镜和第二采集装置，第二傅立叶透镜位于光折变晶体与第二采集装置之间，第二傅立叶透镜用于将光折变晶体输出的体全息相关运算结果转换为体全息相关图像，第二采集装置用于采集第二傅立叶透镜转换后的体全息相关图像。

可选地，散斑图像生成系统还包括能够调节高度的成像屏，体全息光学相关器还包括第三光路组件；

第三光路组件包括第三激光器、第二扩束镜、光束角度调节装置和第三傅立叶透镜，第三激光器发射的激光光束穿过第二扩束镜射入光束角度调节装置，并经光束角度调节装置调节入射角度后，经第三傅立叶透镜后射入光折变晶体，形成用于存储多个散斑模板图像的参考光光路；

第一傅立叶透镜与光折变晶体之间的距离，与第三傅立叶透镜与光折变晶体之间的距离相同，以使第二激光器发射的激光光束穿过第一扩束镜、空间光调制器、第一傅立叶透镜后，射入光折变晶体，形成用于存储多个散斑模板图像的物光光路。

可选地，第二激光器与第三激光器为同一激光器，体全息光学相关器还包括位于第二激光器后的分束镜；

第一光路组件还包括第一反射镜，第一反射镜位于分束镜与第一扩束镜之间，以使第二激光器发射的激光光束经分束镜分为第一光束和第二光束，第一光束经第一反射镜、第一扩束镜后校准后，穿过空间光调制器、第一傅立叶透镜射入光折变晶体，形成用于存储多个散斑模板图像的物光光路；

第三光路组件还包括光路控制开关，光路控制开关位于分束镜与第二扩束镜之间，光束角度调节装置包括依次排列的透镜和第二反射镜，以使第二光束穿过光路控制开关后经第二扩束镜、透镜和第二反射镜校准后，穿过第三傅立叶透镜并射入光折变晶体，形成用于存储多个散斑模板图像的参考光光路。

可选地，第一光路组件还包括第一滤波器，第一滤波器位于第一反射镜与第一扩束镜之间。

可选地，第三光路组件还包括第二滤波器，第二滤波器位于光路控制开关与第二扩束镜之间。

可选地，光路控制开关为快门。

可选地，控制器分别与散斑图像生成系统的第一采集装置、体全息光学相关器的第二采集装置、空间光调制器和光束角度调节装置连接。

提供一种基于体全息的三维检测方法，该方法用于上述基于体全息的三维检测系统中，该方法包括：

通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；

将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像；

将体全息相关图像输入目标检测系统，以对体全息相关图像进行三维检测。

进一步地，通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像，包括：

打开散斑图像生成系统中散斑生成装置的第一激光器，以使散斑生成装置出射的光束投射至三维目标检测物上；

将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在三维目标检测物的上方，并控制第一采集装置采集三维目标检测物上形成的散斑图像，作为三维目标散斑图像。

进一步地，将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体中，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像，包括：

打开体全息光学相关器中第一光路组件的第二激光器，并关闭体全息光学相关器中第三光路组件的快门；

将三维目标散斑图像加载至第一光路组件的空间光调制器中，以使光折变晶体中的多个散斑模板图像，与投射至光折变晶体的三维目标散斑图像进行体全息相关运算，并输出体全息相关运算结果至体全息光学相关器中第二光路组件的第二傅立叶透镜；

控制第二光路组件中的第二采集装置采集经第二傅立叶透镜转换后的体全息相关运算结果，以获得体全息相关图像。

进一步地，将三维目标散斑图像投射至体全息光学相关器的光折变晶体之前，该方法还包括：

a．通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像；

b．打开体全息光学相关器中的第二激光器；

c．确定体全息光学相关器中光束角度调节装置的出射光束角度；

d．将一散斑模板图像加载至体全息光学相关器中空间光调制器，以将散斑模板图像存储至光折变晶体中；

e．调节光束角度调节装置的出射光束角度，并重复步骤d，以将所有的散斑模板图像存储至光折变晶体中。

进一步地，通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像，包括：

a1．将成像屏设置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置，并打开散斑生成装置的第一激光器；

a2．控制散斑生成装置出射的光束投射至成像屏上；

a3．将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在成像屏的上方，并控制第一采集装置采集成像屏上生成的散斑图像，作为散斑模板图像；

a4．调节成像屏的高度，并重复步骤a2-步骤a3，以获得深度不同的多个散斑模板图像。

提供一种控制器，控制器用于如上述基于体全息的三维检测系统中，控制器包括：

获取模块，用于通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；

第一输入模块，用于将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像；

第二输入模块，用于将体全息相关图像输入目标检测系统，以对体全息相关图像进行三维检测。

提供一种控制器，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述基于体全息的三维检测方法的步骤。

提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于体全息的三维检测方法的步骤。

本发明提供的基于体全息的三维检测系统、方法、控制器及介质的有益效果在于：

本发明中，基于体全息的三维检测系统包括散斑图像生成系统、体全息光学相关器和目标检测系统，散斑图像生成系统用于获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；体全息光学相关器用于存储不同深度的多个散斑模板图像，并根据多个散斑模板图像对三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出三维目标检测物的体全息相关图像；目标检测系统用于对三维目标散斑图像的体全息相关图像进行三维检测；本发明中，通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像，进而在体全息光学相关器中，将三维目标散斑图像与多个散斑模板图像进行体全息相关运算，以将三维缺陷深度信息编码到体全息相关图像之中，最后通过目标检测系统对体全息相关图像的识别，便可实现对三维目标检测物的三维检测，利用体全息技术完成信息量庞大的三维缺陷图像相关运算，可将复杂的运算过程以光学方式瞬时完成，从而减少了三维检测的运算成本，进而提高了三维检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中基于体全息的三维检测系统的一结构示意图；

图2是本发明一实施例中体全息光学相关器的一结构示意图；

图3是本发明一实施例中散斑图像生成系统的一结构示意图；

图4是本发明一实施例中基于体全息的三维检测系统的另一结构示意图；

图5是本发明一实施例中基于体全息的三维检测系统的又一结构示意图；

图6是本发明一实施例中基于体全息的三维检测方法的流程示意图；

图7是本发明一实施例中控制器的一结构示意图；

图8是本发明一实施例中控制器的另一结构示意图。

其中，图中各附图标记为：

1-第一光路组件；11-第二激光器；12-第一扩束镜；13-空间光调制器；14-第一傅立叶透镜；15-第一反射镜；16-第一滤波器；

2-光折变晶体；3-第二光路组件；31-第二傅立叶透镜；32-第二采集装置；

4-第三光路组件；41-第三激光器；42-第二扩束镜；43-第三傅立叶透镜；44-光路控制开关（快门）；45-透镜；46-第二反射镜；47-第二滤波器；

5-目标检测系统；6-散斑生成装置；61-第一激光器；62-第一衍射光学元件；63-散射介质；64-编码微透镜；65-第二衍射光学元件；

7-第一采集装置；8-成像屏；9-分束镜；10-控制器；110-三维目标检测物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请一并参阅图1至图5，现对本发明实施例提供的基于体全息的三维检测系统进行说明。

如图1至图5所示，本实施例中提供的一种基于体全息的三维检测系统，包括散斑图像生成系统、体全息光学相关器和目标检测系统5。其中，散斑图像生成系统用于获取三维目标检测物110的三维目标散斑图像。体全息光学相关器用于存储不同深度的多个散斑模板图像，并根据多个散斑模板图像对三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出三维目标检测物110的体全息相关图像。目标检测系统5用于对三维目标散斑图像的体全息相关图像进行三维检测。

需要理解的是，体全息光学相关器基于高密度、大容量全息存储的光学相关技术，是一个多通道并行相关运算器，体全息光学相关器完成光学相关的本质结构基于频域匹配滤波器，体全息光学相关器不仅具备高速并行运算优势，还同时具备大容量的模板存储能力。体全息光学相关器一般包括存储材料（记录介质）和傅立叶透镜。其中，体全息光学相关器的存储材料是三维体式材料（如光折变晶体2），模板图像的信息以三维体光栅的形式存储于材料中，由于体光栅的布拉格选择性，记录在存储材料共同体积中的多幅全息图，可以同时作为多个空间匹配滤波器，实现频域多重滤波。在存储材料中，输入图像可以同时与所有存储的模板体全息图进行相关运算，每幅全息图代表一个相关运算通道，由于体光栅厚度对相关分布的输出控制，每一个相关运算通道输出的相关分布在相关输出平面上浓缩成为一个相关光斑，所有相关运算通道输出的相关光斑呈阵列排布。其中，在输出的相关光斑中，相关光斑的强度大小代表了相应模板图像与输入图像的相似程度，光斑中心反映的是图像之间的内积值。

在本实施例中，可以预先获取不同深度的多个散斑模板图像，然后将多个散斑模板图像存储至体全息光学相关器的存储材料中。在需要对三维目标检测物110进行三维检测时，通过散斑图像生成系统生成三维目标检测物110的三维目标散斑图像，然后将三维目标散斑图像加载至体全息光学相关器，使得体全息光学相关器中存储材料的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，即进行三维目标散斑图像与多个散斑模板图像的多通道并行相关运算，以通过相关运算将三维目标检测物110的三维缺陷的深度信息编码到相关图像之中，便可完成体全息相关运算并输出体全息相关运算结果。其中，体全息相关运算结果以相关光斑阵列的形式排布，通过捕获以相关光斑阵列形式排布的体全息相关运算结果，即可获得三维目标检测物110的体全息相关图像。在获得体全息相关图像之后，由于体全息相关图像是以相关光斑阵列的形式排布，因此，体全息相关图像为包括三维缺陷的深度信息的二维图像，可以采用目标检测系统5对二维的体全息相关图像进行三维检测，即可快速完成对三维目标检测物110的三维缺陷检测。

本实施例中，在体全息光学相关器的存储材料中，将三维目标检测物110的三维目标散斑图像与不同深度的多个散斑模板图像进行体全息相关运算，可以将三维缺陷的深度信息编码到体全息相关图像之中，便于后续直接利用目标检测系统5对体全息相关图像进行三维检测，以通过三维缺陷的深度信息准确识别三维缺陷，保证了识别结果的准确性。且利用体全息相关技术，将原本在计算机上运算量庞大的相关运算以光学方式瞬时完成，极大地减少了相关运算的时间成本，从而提高三维检测的效率。此外，由于体全息相关图像为二维的相关图像，因此，目标检测系统5中缺陷检测算法的网络模型可以是常规的二维识别模型，相比传统基于三维点云数据的三维识别模型，本实施例中目标检测系统5法具有更简单的网络结构，对体全息相关图像的识别运算过程更为简单，减少了计算量，从而进一步提高了三维检测的效率。

综上，本实施例中，基于体全息的三维检测系统包括散斑图像生成系统、体全息光学相关器和目标检测系统5，散斑图像生成系统用于获取三维目标检测物110的三维目标散斑图像；体全息光学相关器用于存储不同深度的多个散斑模板图像，并根据多个散斑模板图像对三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出三维目标检测物110的体全息相关图像；目标检测系统5用于对三维目标散斑图像的体全息相关图像进行三维检测；通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物110的三维目标散斑图像，进而在体全息光学相关器中，将三维目标散斑图像与多个散斑模板图像进行体全息相关运算，以将三维缺陷深度信息编码到体全息相关图像之中，最后通过目标检测系统5对体全息相关图像的识别，便可实现对三维目标检测物110的三维检测，利用体全息技术完成信息量庞大的三维缺陷图像相关运算，可将复杂的运算过程以光学方式瞬时完成，从而减少了三维检测的运算成本，进而提高了三维检测效率，可快速检测出三维目标检测物110的缺陷。

此外，本实施例中，对三维缺陷的识别通过二维的体全息相关图像完成，所需深度学习检测算法的网络模型复杂度远小于基于三维点云数据的深度网络，亦加快了检测速度。其中，目标检测系统5可以是深度学习检测系统，以提高对体全息相关图像的识别精度，进而提高三维检测的准确性。在其他实施例中，深度学习检测系统可以是基于大量体全息相关图像训练获得的深度学习系统，以进一步提高深度学习检测系统的检测精度，从而进一步提高三维检测的准确性。

在一实施例中，如图2所示，体全息光学相关器包括依次排列的第一光路组件1、光折变晶体2和第二光路组件3。其中，光折变晶体2即体全息光学相关器的存储材料，用于存储多个散斑模板图像，并进行体全息相关运算。第一光路组件1包括依次排列的第二激光器11、第一扩束镜12、空间光调制器13（SLM）、第一傅立叶透镜14，光折变晶体2位于第一傅立叶透镜14的后焦面附近；第二激光器11发射的激光光束穿过第一扩束镜12射入空间光调制器13，以将空间光调制器13上加载的三维目标散斑图像，经过第一傅立叶透镜14投射至光折变晶体2，使得光折变晶体2上的多个散斑模板图像与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出体全息相关运算结果。第二光路组件3包括第二傅立叶透镜31和第二采集装置32，第二傅立叶透镜31位于光折变晶体2与第二采集装置32之间，第二傅立叶透镜31用于将光折变晶体2输出的体全息相关运算结果转换为体全息相关图像，第二采集装置32用于采集第二傅立叶透镜31转换后的体全息相关图像。本实施例中，光折变晶体2可以是具有高光折变性的掺铁铌酸锂（Fe:LiNbO₃）。

在获得三维目标检测物110的三维目标散斑图像之后，将三维目标散斑图像加载至空间光调制器13上，然后打开第二激光器11以使第二激光器11发射的激光光束穿过第一扩束镜12变为准直平行光束；准直平行光束射入空间光调制器13并经过第一傅立叶透镜14作为物光入射至光折变晶体2，在此过程中，空间光调制器13上加载的三维目标散斑图像，经第一傅立叶透镜14作傅立叶变换后，在第一傅立叶透镜14的后焦面形成三维目标散斑图像的频谱，然后物光将三维目标散斑图像的频谱投射至光折变晶体2，使得三维目标散斑图像与光折变晶体2上的多个散斑模板图像进行体全息相关运算，以输出体全息相关运算结果。其中，体全息相关运算结果以相关光斑阵列的形式排布。在光折变晶体2输出体全息相关运算结果之后，输出的体全息相关运算结果经第二傅立叶透镜31作傅立叶转换后，被第二采集装置32捕获，获得体全息相关图像。此时的体全息相关图像蕴含了三维目标检测物110的深度信息，利用深度学习检测系统可实现三维缺陷的快速检测。

在一实施例中，如图3所示，散斑图像生成系统包括散斑生成装置6和第一采集装置7，散斑生成装置6包括依次排列的第一激光器61、第一衍射光学元件62和散射介质63，第一激光器61发射的激光光束依次穿过第一衍射光学元件62、散射介质63后，最终投射至三维目标检测物110上形成三维目标散斑图像；第一采集装置7用于采集三维目标散斑图像。在需要获取三维目标检测物110的三维目标散斑图像时，打开第一激光器61，使第一激光器61发射的激光光束照射在第一衍射光学元件62上，第一衍射光学元件62将入射的激光光束进行扩散复制，以形成多束激光光束射入散射介质63，复制出的多束激光光束经散射介质63的多重散射作用后产生散射图案，最终散射图案投射至三维目标检测物110上，与三维目标检测物110结合形成三维目标散斑图像，即可控制第一采集装置7采集三维目标检测物110处形成的三维目标散斑图像。其中，衍射光学元件的作用在于对入射激光光束进行衍射，使一激光光束复制为多束激光并均匀的投射在空间中，提高散斑生成效果。

在一实施例中，如图3所示，散斑生成装置6还包括编码微透镜64，第一激光器61、第一衍射光学元件62、散射介质63和编码微透镜64依次排列。第一激光器61发射的激光光束照射在第一衍射光学元件62上，第一衍射光学元件62将入射的激光光束进行扩散复制，以形成多束激光光束射入散射介质63，复制出的多束激光光束经散射介质63的多重散射作用后产生散射图案，散射图案经过编码微透镜64产生散斑，散斑最终投射至三维目标检测物110上，与三维目标检测物110结合形成三维目标散斑图像。其中，编码微透镜64是在一个透镜上，以随机或伪随机的形式镶嵌大量小的微透镜，由于各微透镜的随机分布特性，散射介质63作用后的激光散射图案经过编码微透镜64，可形成特定的散斑结构，即编码微透镜64可实现出射散斑的局部编码唯一性，从而可以避免后续在光折变晶体上进行体全息相关运算时因不同区域的过于相似所导致的干扰现象，进而提高运算获得的三维目标散斑图像的准确性。

在一实施例中，如图3所示，散斑生成装置6还包括第二衍射光学元件65，第一激光器61、第一衍射光学元件62、散射介质63、编码微透镜64和第二衍射光学元件65依次排列。第一激光器61发射的激光光束照射在第一衍射光学元件62上，第一衍射光学元件62将入射的激光光束进行扩散复制，以形成多束激光光束射入散射介质63，复制出的多束激光光束经散射介质63的多重散射作用后产生散射图案，散射图案经过编码微透镜64产生散斑，散斑再经过第二光学衍射元件的扩散到空间中，最终投射至三维目标检测物110上，与三维目标检测物110结合形成三维目标散斑图像。其中，由于衍射光学元件的作用在于对入射激光光束进行衍射，使一束激光光束复制为多束激光并均匀的投射在空间中，本实施例中通过在编码微透镜64产生散斑后，再设置一个衍射光学元件，加强了散斑空间分布的均匀性，进而进一步提高了散斑生成效果，提高三维目标散斑图像的成像效果。

在一实施例中，本实施例中第一激光器61为红外线激光器，对应的，第一采集装置7为红外图像采集装置。红外图像采集装置与红外线激光器的红外激光配合，能够有效滤除其他光谱波段干扰，保证采集到的散斑的精度。在其他实施例中，第一激光器61还可以是其他激光频率的激光器，仅需要保证第一采集装置7为采集对应激光频率的采集装置即可，例如，第一激光器61可以为紫外线激光器，对应的第一采集装置7则为紫外图像采集装置。

在一实施例中，本实施例中的采集装置均可为CCD，其中，若第一激光器61为红外线激光器，则第一采集装置7可以使用红外CCD（电荷耦合器件）相机，以保证采集到的三维目标散斑图像的精度。

在一实施例中，如图4所示，散斑图像生成系统还包括能够调节高度的成像屏8，体全息光学相关器还包括第三光路组件4，以利用包括成像屏8的散斑图像生成系统生成不同深度的多个散斑模板图像，并利用第三光路组件4形成体全息相关器的参考光光路，从而实现将多个散斑模板图像存储至光折变晶体2的目的。其中，第三光路组件4包括第三激光器41、第二扩束镜42、光束角度调节装置和第三傅立叶透镜43，第三激光器41发射的激光光束穿过第二扩束镜42射入光束角度调节装置，并经光束角度调节装置调节入射角度后，经第三傅立叶透镜43后射入光折变晶体2，形成用于存储多个散斑模板图像的参考光光路。第一傅立叶透镜14与光折变晶体2之间的距离，与第三傅立叶透镜43与光折变晶体2之间的距离相同，以使第二激光器11发射的激光光束穿过第一扩束镜12、空间光调制器13、第一傅立叶透镜14后，射入光折变晶体2，形成用于存储多个散斑模板图像的物光光路。

在利用散斑图像生成系统生成不同深度的多个散斑模板图像时，需要打开第一激光器61，第一激光器61发射的激光光束照射在第一衍射光学元件62上，第一衍射光学元件62将入射的激光光束进行扩散复制，以形成多束激光光束射入散射介质63，复制出的多束激光光束经散射介质63的多重散射作用后产生散射图案，散射图案经过编码微透镜64产生散斑，散斑再经过第二光学衍射元件的扩散到空间中，最终投射至成像屏8上，第一采集装置7采集成像屏8上的散斑图像，作为散斑模板图像；然后调节成像屏8的高度，使得成像屏8上散斑图像的深度信息改变，通过成像屏8的高度变化，即可获得深度不同的多个散斑模板图像，得到深度-散斑模板图像库。

在获得深度-散斑模板图像库之后，需要将深度-散斑模板图像库中的多个散斑模板图像依次存储至体全息相关器的光折变晶体2中。此时，打开第三激光器41，使第三激光器41发射的激光光束穿过第二扩束镜42后形成准直平行光束，然后准直平行光束经光束角度调节装置调节入射角度后，入射第三傅立叶透镜43，然后在第三傅立叶透镜43的后焦面位置附近入射光折变晶体2，作为光折变晶体2存储散斑模板图像时的参考光。在打开第三激光器41的同时，还需要打开第二激光器11，以使第二激光器11发射的激光光束穿过第一扩束镜12变为准直平行光束，准直平行光束射入空间光调制器13并经过第一傅立叶透镜14作为物光入射至光折变晶体2，在此过程中，空间光调制器13上加载的散斑模板图像，经第一傅立叶透镜14作傅立叶变换后，在第一傅立叶透镜14的后焦面形成散斑模板图像的频谱，然后散斑模板图像的频谱投射至光折变晶体2。来自参考光光路的参考光与散斑模板图像的频谱在光折变晶体2内相互干涉形成干涉条纹，从而将该散斑模板图像的信息存储在了光折变晶体2之内，即可完成一个散斑模板图像的存储。

本实施例中，光束角度调节装置用于调节激光光束在水平和垂直方向的位移，并由第二傅立叶透镜31转换成分别在两个方向的角度偏折量，可实现参考光以多个角度入射光折变晶体2，再通过角度复用技术，将多幅图像存储到晶体上。角度复用技术是利用体全息的角度选择性使不同的散斑模板图像互不相干地叠加在同一个空间区域内（即光折变晶体2），每一散斑模板图像对应参考光的一个入射角度。即在完成一张散斑模板图像的存储之后，调节光束角度调节装置，以改变参考光入射光折变晶体2的入射角度，然后将下一散斑模板图像加载至空间光调制器13，即将新加载的散斑模板图像存储至光折变晶体2，形成新的相关运算通道，直至完成多个散斑模板图像的存储，在光折变晶体2中形成体全息深度-散斑模板图像库。

同时，在将多个散斑模板图像存储在光折变晶体2，形成体全息深度-散斑模板图像库之后，可以重复利用光折变晶体2的多个散斑模板图像对不同三维物体进行三维检测，无需多次进行散斑模板图像的获取及存储，提高系统重复利用性，进而提高三维检测效率、减少了三维检测成本。

在一实施例中，如图5所示，第二激光器11与第三激光器41为同一激光器，此时体全息光学相关器还需要包括位于第二激光器11后的分束镜9，以将第二激光器11的激光光束分为两束，一束作为参考光光路的光源，一束作为物光光路的光源，提高光源的统一性，进而提高整个系统的检测精度。因使用同一激光器，分束镜9将激光光束分束后，为保证物光路和参考光光路的形成，第一光路组件1和第三光路组件4均需要设置反射镜。

其中 ，第三光路组件4还包括第一反射镜15，第一反射镜15位于分束镜9与第一扩束镜12之间，以使第二激光器11发射的激光光束经分束镜9分为第一光束和第二光束，第一光束经第一反射镜15、第一扩束镜12后校准后，变为准直平行光束，准直平行光束穿过空间光调制器13、第一傅立叶透镜14射入光折变晶体2，形成用于存储多个散斑模板图像的物光光路。第三光路组件4还包括光路控制开关44，光路控制开关44位于分束镜9与第二扩束镜42之间，光束角度调节装置包括依次排列的透镜45和第二反射镜46，以使第二光束穿过光路控制开关44后经第二扩束镜42、透镜45和第二反射镜46校准后，变为准直平行光束，准直平行光束穿过第三傅立叶透镜43并射入光折变晶体2，形成用于存储多个散斑模板图像的参考光光路。

其中，光路控制开关44用于控制参考光光路的通断，在将散斑模板图像存储至光折变晶体2的过程中，控制光路控制开关44常开，以保证参考光能够正常入射至光折变晶体2，完成散斑模板图像的存储；当散斑模板图像存储完成，需要对三维目标检测物110进行三维检测时，则控制光路控制开关44关闭，以使参考光光路不工作，仅物光光路工作，以确保光折变晶体2中的体全息相关运算正常进行。

在一实施例中，光路控制开关44为快门。

在一实施例中，如图5所示，本实施例中的第一光路组件1还包括第一滤波器16，第一滤波器16位于第一反射镜15与第一扩束镜12之间，以使激光光束经第一滤波器16滤波后，再经第一扩束镜12、空间光调制器13、第一傅立叶透镜14射入光折变晶体2，通过第一滤波器16对物光进行滤波，提高了投射至光折变晶体2的频谱准确性，进而提高体全息运算结果的准确性。

在一实施例中，如图5所示，第三光路组件4还包括第二滤波器47，第二滤波器47位于光路控制开关44与第二扩束镜42之间，以使激光光束经第二滤波器47滤波后，再经第二扩束镜42、透镜45、第二反射镜46、第三傅立叶透镜43射入光折变晶体2，通过第二滤波器47对参考光进行滤波，提高了投射至光折变晶体2的频谱准确性，进而提高了光折变晶体2中散斑模板图像存储信息的准确性。

在一实施例中，如图4和图5所示，本实施例基于体全息的三维检测系统还包括控制器10，控制器10分别与散斑图像生成系统的第一采集装置7、体全息光学相关器的第二采集装置32、空间光调制器13和光束角度调节装置连接，以自动控制图像的采集、输入动作，以及光束角度调节装置的自动调整，减少人工控制成本，提高三维检测的效率。同时，控制器10还可以与第一激光器61、第二激光器11、第三激光器41、光路控制开关44和成像屏8连接，进一步提高基于体全息的三维检测系统的自动化。

本实施例中，控制器10可以为数据同步控制器，基于体全息的三维检测系统的工作原理为：

在需要生成深度不同的多个散斑模板图像时，控制器10打开红外线激光器，红外线激光器发射激光光束，照射到第一衍射光学元件62 上，第一衍射光学元件62对入射的激光光束进行扩散复制成多束激光，复制出的多束激光经散射介质63的多重散射作用产生散射图案，散射图案经过编码微透镜64产生散斑，散斑再经过第二光学衍射元件扩散到空间中，使得散斑投射到成像屏8上，控制器10控制红外CCD采集成像屏8上的红外散斑图像，作为散斑模板图像；然后，控制器10通过调节成像屏8的高度变化，可获取不同深度的散斑模板图像，得到深度-散斑模板图像库。在红外CCD采集散斑模板图像之后，控制器10可以将红外CCD采集的散斑模板图像实时同步到SLM上，同时打开第二激光器11，使得第二激光器11作为光源出射光束到分束镜9，两路分束激光，一路用于形成体全息存储时的参考光，另一路用于形成体全息存储时的物光。其中，参考光光路的分束激光透过快门（开启状态），经第二滤波器47、第二扩束镜42变为准直平行光束，然后准直平行光束经透镜45和第二反射镜46构成的光束角度调节装置，入射至第三傅立叶透镜43，在第三傅立叶透镜43的后焦面位置附近入射光折变晶体2，作为光折变晶体2存储散斑图像模板时的参考光；另一路物光光路的分束激光经第一反射镜15、第一滤波器16和第一扩束镜12变为准直平行光束，准直平行光束透过SLM，再经第一傅立叶透镜14作为物光入射至光折变晶体2，在此过程中，物光在第一傅立叶透镜14的后焦面形成SLM上所加载的散斑模板图像的频谱，光折变晶体2位于第一傅立叶透镜14的后焦面附近接收散斑模板图像的频谱；最后，来自参考光光路的参考光与散斑模板图像的频谱在光折变晶体2内相互干涉形成干涉条纹，从而将散斑模板图像的信息存储在了光折变晶体2之内。

本实施例中，在参考光光路中，光束角度调节装置用于调节光束在水平和垂直方向的位移，并由第三傅立叶透镜43转换成分别在两个方向的角度偏折量，可实现参考光以多个角度入射光折变晶体2，再通过角度复用技术，将多个散斑模板图像存储到晶体上。通过数据同步控制器10，对散斑模板图像的采集、SLM加载散斑模板图像、光束角度调节装置调节参考光角度进行同步控制，随着不同深度的散斑图像模板被光折变晶体2存储，可在光折变晶体2内建立大规模的体全息深度-散斑模板图像库，保证了存储的及时性和自动化，减少了人力成本，提高了体全息深度-散斑模板图像库的存储效率。

在需要对三维目标检测物110进行三维检测时，将上述成像屏8位置处放置三维目标检测物110，使得红外线激光器发射激光光束，照射到第一衍射光学元件62 上，第一衍射光学元件62对入射的激光光束进行扩散复制成多束激光，复制出的多束激光经散射介质63的多重散射作用产生散射图案，散射图案经过编码微透镜64产生散斑，散斑再经过第二光学衍射元件扩散到空间中，使得散斑投射到三维目标检测物110上，控制器10控制红外CCD采集三维目标检测物110上的形成的红外散斑图像，作为三维目标检测物110的三维目标散斑图像。三维目标散斑图像经控制器10同步加载至SLM，此时参考光光路的快门关闭，参考光光路不工作，物光光路将SLM上加载的三维目标散斑图像投射至光折变晶体2，散斑图像与之前存储的体全息深度-散斑模板图像库的散斑模板图像进行多通道并行相关运算，相关运算结果以相关光斑阵列的形式排布，经第二傅立叶透镜31被CCD（第二采集装置32）捕获，得到体全息相关图像。由于体全息相关图像蕴含了三维缺陷目标的深度信息，利用深度学习检测系统对体全息相关图像进行三维检测，即可实现三维缺陷的快速检测。

本实施例中，通过三维目标散斑图像与体全息深度-散斑模板图像库的相关运算将三维缺陷的深度信息编码到相关图像之中，而且利用体全息相关技术将原本在计算机上运算量庞大的相关运算以光学方式瞬时完成，极大减少运算时间成本。此外，对三维目标检测物110的三维缺陷识别通过二维的体全息相关图像完成，因此，所需深度学习检测算法的网络模型复杂度远小于基于三维点云数据的深度网络，进一步加快了检测速度。其中，三维目标检测物110可以是半导体三维检测物，采用本实施例中基于体全息的三维检测系统对半导体三维检测物进行三维检测，可以减少三维检测的运算成本，提高半导体三维检测的效率。

实施例二

在一实施例中，如图6所示，提供一种基于体全息的三维检测方法，用于上述基于体全息的三维检测系统中，以该方法应用在图5中的控制器10为例进行说明，包括如下步骤：

S10：通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像。

在需要对三维目标检测物进行三维检测时，控制器先通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像。其中，通过散斑图像生成系统获取三维目标散斑图像的具体过程请参照前文，在此不再赘述。

S20：将三维目标散斑图像加载至体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测的体全息相关图像。

在通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像之后，控制器将三维目标散斑图像加载至体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像。其中，将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体，基于体全息的三维检测系统的工作过程请参照前文，在此不再赘述。

在通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像之前，需要将多个散斑模板图像预先存储至体全息光学相关器的光折变晶体中，以便后续用于体全息相关运算。其中，多个散斑模板图像的存储过程请参照前文，在此不再赘述。

S30：将体全息相关图像输入目标检测系统，以对体全息相关图像进行三维检测。

在获取体全息相关图像之后，将体全息相关图像输入目标检测系统，以对体全息相关图像进行三维检测，即快速可完成对三维目标检测物的三维检测。

本实施例中，通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像，再将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像，最后将体全息相关图像输入目标检测系统，以对体全息相关图像进行三维检测，通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像，进而在体全息光学相关器中，将三维目标散斑图像与多个散斑模板图像进行体全息相关运算，以将三维缺陷深度信息编码到体全息相关图像之中，最后通过目标检测系统对体全息相关图像的识别，便可实现对三维目标检测物的三维检测，利用体全息技术完成信息量庞大的三维缺陷图像相关运算，可将复杂的运算过程以光学方式瞬时完成，从而减少了三维检测的运算成本，进而提高了三维检测效率。

在一实施例中，步骤S10中，即通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像，具体包括如下步骤：

S11：打开散斑图像生成系统中散斑生成装置的第一激光器，以使散斑生成装置出射的光束投射至三维目标检测物上。

在需要对三维目标检测物进行三维检测时，需要将三维目标检测物，放置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置，然后打开散斑图像生成系统中散斑生成装置的第一激光器，以使散斑生成装置出射的光束投射至三维目标检测物上，使得三维目标检测物与出射的光束形成三维目标散斑图像。散斑图像生成系统的工作过程请参照前文，在此不再赘述。

S12：将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在三维目标检测物的上方，并控制第一采集装置采集三维目标检测物上形成的散斑图像，作为三维散斑图像。

在将三维目标检测物，放置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置后，需要将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在三维目标检测物的上方，在散斑生成装置出射的光束投射至三维目标检测物上之后，控制第一采集装置采集三维目标检测物上形成的散斑图像，作为三维目标散斑图像。

本实施例中，通过打开散斑图像生成系统中散斑生成装置的第一激光器，以使散斑生成装置出射的光束投射至三维目标检测物上，并将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在三维目标检测物的上方，并控制第一采集装置采集三维目标检测物上形成的散斑图像，作为三维目标散斑图像，明确了通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像的具体过程，为后续将三维目标散斑图像与光折变晶体中的多个散斑模板图像，进行体全息相关运算以获得体全息相关图像提供了基础。

在一实施例中，步骤S20中，即将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体中，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像，具体包括如下步骤：

S21：打开体全息光学相关器中第一光路组件的第二激光器，并关闭体全息光学相关器中第三光路组件的快门。

在需要体全息光学相关器进行体全息相关运算时，打开体全息光学相关器中第一光路组件的第二激光器，使得体全息光学相关器的物光光路工作，并关闭体全息光学相关器中第三光路组件的快门，使得体全息光学相关器的参考光光路不工作，以免后续对光折变晶体的体全息相关运算造成干扰。打开体全息光学相关器中第一光路组件的第二激光器，并关闭体全息光学相关器中第三光路组件的快门后，体全息相关器中物光光路的形成过程请参照前文，在此不再赘述。

S22：将三维目标散斑图像加载至第一光路组件的空间光调制器中，以使光折变晶体中的多个散斑模板图像，与投射至光折变晶体的三维目标散斑图像进行体全息相关运算，并输出体全息相关运算结果至体全息光学相关器中第二光路组件的第二傅立叶透镜。

在获取三维目标检测物的三维目标散斑图像之后，将三维目标散斑图像加载至第一光路组件的空间光调制器中，通过物光光路的物光将三维目标散斑图像投射至光折变晶体中，以使三维目标散斑图像在光折变晶体中，与预先存储的多个散斑模板图像进行体全息相关运算，从而使第二傅立叶透镜接收光折变晶体输出的体全息相关运算结果，并对体全息相关运算结果进行傅立叶转换。其中，通过体全息相关器获得体全息相关运算结果的过程请参照前文，在此不再赘述。

S23：控制第二光路组件中的第二采集装置采集经第二傅立叶透镜转换后的体全息相关运算结果，以获得体全息相关图像。

在输出体全息相关运算结果至体全息光学相关器中第二光路组件的第二傅立叶透镜之后，控制第二光路组件中的第二采集装置采集经第二傅立叶透镜转换后的体全息相关运算结果，以获得体全息相关图像。

本实施例中，通过打开体全息光学相关器中第一光路组件的第二激光，并关闭体全息光学相关器中第三光路组件的快门，然后将三维目标散斑图像加载至第一光路组件的空间光调制器中，以使光折变晶体中的多个散斑模板图像，与投射至光折变晶体的三维目标散斑图像进行体全息相关运算，并输出体全息相关运算结果至体全息光学相关器中第二光路组件的第二傅立叶透镜，并控制第二光路组件中的第二采集装置采集经第二傅立叶透镜转换后的体全息相关运算结果，以获得体全息相关图像，明确了将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体中，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像的具体过程，为体全息相关图像的获取提供了基础。

在一实施例中，步骤S20之前，即将三维目标散斑图像投射至体全息光学相关器的光折变晶体之前，该方法还具体包括如下步骤：

a．通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像；

b．打开体全息光学相关器中的第二激光器；

c．确定体全息光学相关器中光束角度调节装置的出射光束角度；

d．将一散斑模板图像加载至体全息光学相关器中空间光调制器，以将散斑模板图像存储至光折变晶体中；

e．调节光束角度调节装置的出射光束角度，并重复步骤d，以将所有的散斑模板图像存储至光折变晶体中。

先通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像，然后打开体全息光学相关器中的第二激光器，并确定体全息光学相关器中光束角度调节装置的出射光束角度，再将一散斑模板图像加载至体全息光学相关器中空间光调制器，以将散斑模板图像存储至光折变晶体中，通过调节光束角度调节装置的出射光束角度，并重复步骤d，以将所有的散斑模板图像存储至光折变晶体中。其中，利用基于体全息的三维检测系统，将多个散斑模板图像进行存储的具体过程请参照前文，在此不再赘述。

本实施例中，通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像，然后打开体全息光学相关器中的第二激光器，并确定体全息光学相关器中光束角度调节装置的出射光束角度，再将一散斑模板图像加载至体全息光学相关器中空间光调制器，以将散斑模板图像存储至光折变晶体中，通过调节光束角度调节装置的出射光束角度，并重复步骤d，以将所有的散斑模板图像存储至光折变晶体中，明确了将多个散斑模板图像存储在光折变晶体的步骤，为后续进行三维目标检测物的三维检测提供了基础。同时，在将多个散斑模板图像存储在光折变晶体之后，可以重复利用光折变晶体的多个散斑模板图像对不同三维物体进行三维检测，无需多次进行散斑模板图像的获取及存储，提高系统重复利用性，进而提高三维检测效率、减少了三维检测成本。

在一实施例中，步骤a中，即通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像，具体包括如下步骤：

a1．将成像屏设置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置，并打开散斑生成装置的第一激光器；

a2．控制散斑生成装置出射的光束投射至成像屏上；

a3．将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在成像屏的上方，并控制第一采集装置采集成像屏上生成的散斑图像，作为散斑模板图像；

a4．调节成像屏的高度，并重复步骤a2-步骤a3，以获得深度不同的多个散斑模板图像。

本实施例中，通过将成像屏设置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置，并打开散斑生成装置的第一激光器，然后控制散斑生成装置出射的光束投射至成像屏上，再将散斑图像生成系统的第一采集装置7设置在成像屏的上方，并控制第一采集装置采集成像屏上生成的散斑图像，作为散斑模板图像，调节成像屏的高度，并重复步骤a2-步骤a3，以获得深度不同的多个散斑模板图像。在此过程中，散斑图像生成系统的详细工作过程请参照前文，在此不再赘述。

本实施例中，控制器通过将成像屏设置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置，并打开散斑生成装置的第一激光器，然后控制散斑生成装置出射的光束投射至成像屏上，再将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在成像屏的上方，并控制第一采集装置采集成像屏上生成的散斑图像，作为散斑模板图像，调节成像屏的高度，并重复步骤a2-步骤a3，以获得深度不同的多个散斑模板图像，明确了通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像的具体过程，为后续对三维目标检测物进行三维检测提供了基础。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种控制器，该控制器与上述实施例中基于体全息的三维检测方法一一对应。如图7所示，该控制器包括获取模块701、第一输入模块702和第二输入模块703。各功能模块详细说明如下：

获取模块701，用于通过散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；

第一输入模块702，用于将三维目标散斑图像输入体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在光折变晶体中的多个散斑模板图像，与三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得三维目标检测物的体全息相关图像；

第二输入模块703，用于将体全息相关图像输入目标检测系统，以对体全息相关图像进行三维检测。

进一步地，获取模块701具体用于：

打开散斑图像生成系统中散斑生成装置的第一激光器，以使散斑生成装置出射的光束投射至三维目标检测物上；

将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在三维目标检测物的上方，并控制第一采集装置采集三维目标检测物上形成的散斑图像，作为三维目标散斑图像。

进一步地，第一输入模块702具体用于：

打开体全息光学相关器中第一光路组件的第二激光器，并关闭体全息光学相关器中第三光路组件的快门；

将三维目标散斑图像加载至第一光路组件的空间光调制器中，以使光折变晶体中的多个散斑模板图像，与投射至光折变晶体的三维目标散斑图像进行体全息相关运算，并输出体全息相关运算结果至体全息光学相关器中第二光路组件的第二傅立叶透镜；

控制第二光路组件中的第二采集装置采集经第二傅立叶透镜转换后的体全息相关运算结果，以获得体全息相关图像。

进一步地，控制器还包括存储模块704，将三维目标散斑图像投射至体全息光学相关器的光折变晶体之前，存储模块704具体用于；

a．通过散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像；

b．打开体全息光学相关器中的第二激光器；

c．确定体全息光学相关器中光束角度调节装置的出射光束角度；

d．将一散斑模板图像加载至体全息光学相关器中空间光调制器，以将散斑模板图像存储至光折变晶体中；

e．调节光束角度调节装置的出射光束角度，并重复步骤d，以将所有的散斑模板图像存储至光折变晶体中。

进一步地，存储模块704具体还用于；

a1．将成像屏设置在散斑图像生成系统中散斑生成装置的出射光投射位置，并打开散斑生成装置的第一激光器；

a2．控制散斑生成装置出射的光束投射至成像屏上；

a3．将散斑图像生成系统的第一采集装置设置在成像屏的上方，并控制第一采集装置采集成像屏上生成的散斑图像，作为散斑模板图像；

a4．调节成像屏的高度，并重复步骤a2-步骤a3，以获得深度不同的多个散斑模板图像。

关于控制器的具体限定可以参见上文中对于基于体全息的三维检测方法的限定，在此不再赘述。上述控制器中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种控制器，该控制器包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该控制器的处理器用于提供计算和控制能力。该控制器的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该控制器的网络接口用于与外部装置通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于体全息的三维检测方法。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述基于体全息的三维检测方法的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述基于体全息的三维检测方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于体全息的三维检测系统，其特征在于，包括：

散斑图像生成系统，用于获取三维目标检测物的三维目标散斑图像，所述散斑图像生成系统包括散斑生成装置、第一采集装置和能够调节高度的成像屏，所述散斑生成装置出射的光束投射至所述成像屏，所述第一采集装置采集所述成像屏上的散斑图像作为散斑模板图像，通过调节所述成像屏的高度以获得深度不同的多个所述散斑模板图像；

体全息光学相关器，用于存储不同深度的多个所述散斑模板图像，并根据多个所述散斑模板图像对所述三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出所述三维目标检测物的体全息相关图像；

目标检测系统，用于对所述三维目标散斑图像的体全息相关图像进行三维检测。

2.如权利要求1所述的基于体全息的三维检测系统，其特征在于，所述散斑生成装置包括依次排列的第一激光器、第一衍射光学元件和散射介质，所述第一激光器发射的激光光束依次穿过所述第一衍射光学元件、所述散射介质后，最终投射至所述三维目标检测物上形成所述三维目标散斑图像；

所述第一采集装置用于采集所述三维目标散斑图像。

3.如权利要求1-2任一项所述的基于体全息的三维检测系统，其特征在于，所述体全息光学相关器包括依次排列的第一光路组件、光折变晶体和第二光路组件，所述光折变晶体用于存储多个所述散斑模板图像，并进行体全息相关运算；

所述第一光路组件包括依次排列的第二激光器、第一扩束镜、空间光调制器、第一傅立叶透镜，所述第二激光器发射的激光光束穿过所述第一扩束镜射入所述空间光调制器，以将所述空间光调制器上加载的所述三维目标散斑图像，通过所述第一傅立叶透镜投射至所述光折变晶体，使得所述光折变晶体上的多个所述散斑模板图像与所述三维目标散斑图像进行体全息相关运算，以输出体全息相关运算结果；

所述第二光路组件包括第二傅立叶透镜和第二采集装置，所述第二傅立叶透镜位于所述光折变晶体与所述第二采集装置之间，所述第二傅立叶透镜用于将所述光折变晶体输出的体全息相关运算结果转换为所述体全息相关图像，所述第二采集装置用于采集所述第二傅立叶透镜转换后的体全息相关图像。

4.如权利要求3所述的基于体全息的三维检测系统，其特征在于，所述体全息光学相关器还包括第三光路组件；

所述第三光路组件包括第三激光器、第二扩束镜、光束角度调节装置和第三傅立叶透镜，所述第三激光器发射的激光光束穿过所述第二扩束镜射入所述光束角度调节装置，并经光束角度调节装置调节入射角度后，经所述第三傅立叶透镜后射入所述光折变晶体，形成用于存储多个所述散斑模板图像的参考光光路；

所述第一傅立叶透镜与所述光折变晶体之间的距离，与所述第三傅立叶透镜与所述光折变晶体之间的距离相同，以使所述第二激光器发射的激光光束穿过所述第一扩束镜、所述空间光调制器、所述第一傅立叶透镜后，射入所述光折变晶体，形成用于存储多个所述散斑模板图像的物光光路。

5.如权利要求4所述的基于体全息的三维检测系统，其特征在于，所述第二激光器与所述第三激光器为同一激光器，所述体全息光学相关器还包括位于所述第二激光器后的分束镜；

所述第一光路组件还包括第一反射镜，所述第一反射镜位于所述分束镜与所述第一扩束镜之间，以使所述第二激光器发射的激光光束经所述分束镜分为第一光束和第二光束，所述第一光束经所述第一反射镜、所述第一扩束镜校准后，穿过所述空间光调制器、所述第一傅立叶透镜射入所述光折变晶体，形成用于存储多个所述散斑模板图像的物光光路；

所述第三光路组件还包括光路控制开关，所述光路控制开关位于所述分束镜与所述第二扩束镜之间，所述光束角度调节装置包括依次排列的透镜和第二反射镜，以使所述第二光束穿过所述光路控制开关后经所述第二扩束镜、所述透镜和第二反射镜校准后，穿过所述第三傅立叶透镜并射入所述光折变晶体，形成用于存储多个所述散斑模板图像的参考光光路。

6.如权利要求5所述的基于体全息的三维检测系统，其特征在于，所述第一光路组件还包括第一滤波器，所述第一滤波器位于所述第一反射镜与所述第一扩束镜之间；

所述第三光路组件还包括第二滤波器，所述第二滤波器位于所述光路控制开关与所述第二扩束镜之间。

7.一种基于体全息的三维检测方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求4-6任一项所述基于体全息的三维检测系统中，所述方法包括：

通过所述散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；

将所述三维目标散斑图像输入所述体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在所述光折变晶体中的多个所述散斑模板图像，与所述三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得所述三维目标检测物的体全息相关图像；

将所述体全息相关图像输入所述目标检测系统，以对所述体全息相关图像进行三维检测。

8.如权利要求7所述的基于体全息的三维检测方法，其特征在于，所述方法用于如权利要求5或6所述基于体全息的三维检测系统中，所述将所述三维目标散斑图像输入所述体全息光学相关器的光折变晶体之前，所述方法还包括：

a．通过所述散斑图像生成系统生成深度不同的多个散斑模板图像；

b．打开所述体全息光学相关器中的第二激光器；

c．确定所述体全息光学相关器中光束角度调节装置的出射光束角度；

d．将一所述散斑模板图像加载至所述体全息光学相关器中空间光调制器，以将所述散斑模板图像存储至所述光折变晶体中；

e．调节所述光束角度调节装置的出射光束角度，并重复步骤d，以将所有的所述散斑模板图像存储至所述光折变晶体中。

9.一种控制器，其特征在于，所述控制器用于如权利要求1-6任一项所述基于体全息的三维检测系统中，所述控制器包括：

获取模块，用于通过所述散斑图像生成系统获取三维目标检测物的三维目标散斑图像；

第一输入模块，用于将所述三维目标散斑图像输入所述体全息光学相关器的光折变晶体，以使存储在所述光折变晶体中的多个散斑模板图像，与所述三维目标散斑图像进行体全息相关运算，获得所述三维目标检测物的体全息相关图像；

第二输入模块，用于将所述体全息相关图像输入所述目标检测系统，以对所述体全息相关图像进行三维检测。

10.一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8任一项所述基于体全息的三维检测方法的步骤。

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