CN2919329Y - 用于光存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是一种用于光存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置。它是由激光器(1)，反射镜(2)，偏振分光棱镜(3)，空间光滤波器(5)，反射镜(6)，傅里叶透镜(7)，空间光调制器(8)，分束镜(9)，透镜(10)，功率探测器(11)，计算机(12)，连续可调衰减片(13)，快门I(14)和II(15)，傅里叶透镜(16)，由透镜(17)、反射镜(18)、透镜(19)和透镜(20)构成的4f转镜光学系统，傅里叶透镜(16)和光折变介质(4)组成。本实用新型的装置通过计算机可控接口来实现由空间光调制器实时输入的不同亮度及灰度图像的等通光量的自动化控制，来提高重现存储图像以及相关识别相关峰的质量。

Description

用于光存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置

(一)技术领域

本实用新型属于光学全息存储与光学相关识别技术领域。

(二)背景技术

光学体全息存储器是一种高密度存储器件，由激光器、寻址器、空间光调制器、记录材料和探测器以及各种光学和电子器件组成。其中寻址器和复用方案的设计是提高光学体全息存储系统的容量及存储密度的关键技术。

利用光学体全息存储可获得较高的存储密度。通常采用光折变介质作为实时存储材料。光折变介质包括无机光折变晶体和有机光折变光致聚合物两类。光折变介质是一类低强度光致介质折射率变化的材料，而且这种光致折射率的变化可以是半永久性的或永久性的。如果使一个折射率已经改变的光折变晶体不受任何光源照射，那么根据材料的不同，折射率的变化可以保持几毫秒至若干年。这样就能够在光折变晶体中以图象的形式存储信息，当利用均匀光束照明时，可将存储信息擦除，这种写-读循环理论上可以无限制地进行下去，存储材料的分辨率可与银盐底片相媲美。而在光致聚合物材料中则可以记录永久性全息图，实现信息的永久性存储，构建只读型光学存储器。体全息存储的高密度是通过各种共体积多路复用技术将图象的傅里叶变换全息图存入介质。这些多路复用技术包括角度多路复用、位相编码多路复用、波长多路复用和空间多路复用技术。对各种技术的评价主要基于存储容量、再现单幅全息图的衍射效率的均匀性、信噪比等参数。其中，光存储时原始输入图像的空间形状的差异会导致不同图像的通光量明显不同，即便是对于同一幅图像也会由于亮度不同、灰度不同产生通光量的差异，这些无疑会引起存储图像曝光的严重不均匀，很难保证读出时各幅全息图的衍射效率的均匀性，同时也使得曝光时间序列的确定失去了意义。

基于大容量光学全息存储的光学相关器在光学模式识别领域内备受关注，它是通过匹配滤波相关原理来实现的。匹配滤波技术是在1964年由Vander Lugt首次提出并被用于光学相关识别系统中，典型的匹配滤波器是由4f系统组成。传统全息匹配滤波技术采用平面全息图作为匹配滤波器，一幅待识别图像逐一与已记录的图像进行相关计算，这样串行的工作方式很难有效发挥光学系统的高度并行性。基于高密度体全息存储的实时光学相关识别系统，利用高密度体全息图库代替了传统的VanderLugt相关器中的匹配滤波器。其特点在于一幅输入图像可同时实现与共体积多路复用存储的多个参考图像的相关。选择适当的探测器阵列(如CCD)，以满足其同时对多幅图像的相关结果的探测。光学相关输出由探测器转变成电信号直接输入计算机中，计算机完成对相关结果的定量分析，并对输入图象中是否有参考图象作出判断，完成相关识别。如果采用角度复用技术将多幅图像存储到晶体的同一点上，那么当输入平面上输入待识别图像时，该图像与晶体内记录的多重光栅同时进行相关运算。在相关输出平面上会同时输出一系列不同方向的“参考光”，这些参考光表示待识别图像与图像库中的各图像的相关及卷积，其强度大小代表了相应存储图像与待识别图像的相似程度。这样就可以大大提高相关运算的速度，充分发挥出以体全息存储器为基础相关器的光学并行运算的优越性，这对实际应用将有非常重要的意义。图库中每幅全息图的衍射效率近于均等对相关识别系统的相关输出结果以及决策是至关重要的。但是在实验中，由于受到低频成分以及存储原始图像的亮度不均匀的影响，待识别图像的自相关峰强度有时会低于其他互相关峰，因此直接利用相关峰强度来判断图像的相似程度有一定的困难，这就需要采取一定的技术来提高图像的识别率。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能对写入光学图像的照度进行预处理，再采用一定的曝光时间序列，以实现再现任意单幅全息图的衍射效率的均匀性的用于光存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括激光器1，接受激光器发出的光束并调整方向的反射镜2，接收反射镜光束并将光束分为参考光束与信号光束的偏振分光棱镜3，信号光束输入将光束扩束为平行光的空间光滤波器5、反射镜6和傅里叶透镜7，透镜后设置与计算机相连接的空间光调制器8，空间光调制器后设置一分束镜9，分束镜上方设置接收反射光束的透镜10、功率探测器11，功率探测器输入计算机12，计算机输出的反馈控制信号输入由步进电机控制的旋转位移台上的连续可调衰减片13、快门I 14和快门II 15，快门I 14后有傅里叶透镜16，参考光束通过快门II 15，快门II 15后设置由透镜17、反射镜18、透镜19和透镜20构成的4f转镜光学系统，出傅里叶透镜16的信号光与出透镜20的参考光输入光折变介质4，上述各光学元件通过支架固定在光学全息平台上。

本实用新型的功率探测器11可以是CCD、光电二极管或光电倍增管中的任何一种。

本实用新型的用于光学体全息存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置是通过计算机可控接口来实现由空间光调制器实时输入的不同亮度及灰度图像的等通光量的自动化控制，来提高重现存储图像以及相关识别相关峰的质量。

本实用新型的工作原理和效果为：

本实用新型的用于光学体全息存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置是这样实现的：从激光器1中发出的光束通过反射镜2调整方向，然后经由偏振分光棱镜3被分为参考光束和信号光束，参考光束和信号光束最终相交于光折变介质4，实现光学信息存储。信号光束通过空间光滤波器5、反射镜6和傅里叶透镜7被扩束成平行光，平行光照射到和计算机相连接的空间光调制器8上，参考图像和实时输入图像均由空间光调制器提供。经过空间光调制器后被调制了的信号光照射到一分束镜9上，反射光束经透镜10聚焦后由功率探测器11(如CCD、光电二极管或光电倍增管等)进行接收。考虑不同输入图像的亮度及灰度的巨大差别将引起通光量的严重不均匀，根据事先设定的功率分布，通过计算机12给出反馈控制信号去旋转放置在由步进电机控制的旋转位移台上的连续可调衰减片13的位置以实现对于不同输入图像的亮度及灰度产生相同的通光量，同时打开快门I 14和快门II 15让信号光和参考光通过，信号光束经傅里叶透镜16后在光折变介质内形成傅里叶变换频谱，信号光和参考光在光折变介质4内相遇干涉，形成体相位光栅，从而实现全息图像的记录。旋转参考光，可以实现角度复用多重全息存储，为此采用自行设计的采用单透镜二维平移系统实现参考光束的偏转，利用高精度电控微位移台来逐次改变置于其上的透镜17的空间位置，配合使用反射镜18和透镜19，20构成4f转镜光学系统来改变参考光束角度，实现角度多路复用。考虑后续记录的全息图对先前存储全息图的擦除效应，为保证对各幅全息图获得均匀的衍射效率，利用本实用新型的图像亮度、灰度自适应反馈装置和实验数据逆推法寻找合适的曝光能量和曝光序列，实现再现单幅全息图的衍射效率的均匀性。全息图库建立完成后，即可以对其进行实时图像的相关识别的实验。利用由计算机控制的空间光调制器8实时输入图像照射光折变介质4时，会再现出一系列不同方向参考光，这些参考光的强度分别代表了输入图像与已存储图像的相似程度，可以完成对图像的识别运算。实验中所采用的记录光波长为532nm的绿光和632.8nm的红光，能量为2mJ/cm²，光折变介质为掺杂铌酸锂晶体，CCD采集时间为0.03s，利用二维角度复用方式，采用计算相关系数方法，没有利用固定技术的前提下，实现了单点共体积存储190幅光学图像，各幅全息图的衍射效率较均匀，再现图像质量得到明显提高；同时还实现了1×60，3×33，4×20，5×30，8×20阵列的未做预处理的16级灰度图像的相关识别，对库内图像自相关识别没有误判。

(四)附图说明

附图是本实用新型的结构示意图，图中各器件都是通过支架安装在光学全息平台上。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作更详细的描述：

从激光器1中发出的光束通过反射镜2调整方向，然后经由偏振分光棱镜3被分为参考光束和信号光束。信号光束通过空间光滤波器5、反射镜6和傅里叶透镜7被扩束成平行光，平行光照射到和计算机相连接的空间光调制器8上，经过空间光调制器后被调制了的信号光照射到一分束镜9上，反射光束经透镜10聚焦后由功率探测器11(如CCD)进行接收。通过计算机12给出反馈控制信号去旋转放置在由步进电机控制的旋转位移台上的连续可调衰减片13的位置以实现对于不同输入图像的亮度及灰度产生相同的通光量，同时打开快门I 14和快门II 15让信号光和参考光通过，信号光束经傅里叶透镜16后在光折变介质内形成傅里叶变换频谱，信号光和参考光在光折变介质4内相遇干涉，形成体相位光栅，从而实现全息图像的记录。利用本实用新型的图像亮度、灰度自适应反馈装置和实验数据逆推法寻找合适的曝光能量和曝光序列，实现再现单幅全息图的衍射效率的均匀性。各光学元件通过支架固定在光学全息平台上。

Claims (2)

1、一种用于光存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置，其特征是：它包括激光器(1)，接受激光器发出的光束并调整方向的反射镜(2)，接收反射镜光束并将光束分为参考光束与信号光束的偏振分光棱镜(3)，信号光束输入将光束扩束为平行光的空间光滤波器(5)、反射镜(6)和傅里叶透镜(7)，透镜后设置与计算机相连接的空间光调制器(8)，空间光调制器后设置一分束镜(9)，分束镜上方设置接收反射光束的透镜(10)、功率探测器(11)，功率探测器输入计算机(12)，计算机输出的反馈控制信号输入由步进电机控制的旋转位移台上的连续可调衰减片(13)、快门I(14)和快门II(15)，快门I(14)后有傅里叶透镜(16)，参考光束通过快门II(15)，快门II(15)后设置由透镜(17)、反射镜(18)、透镜(19)和透镜(20)构成的4f转镜光学系统，出傅里叶透镜(16)的信号光与出透镜(20)的参考光输入光折变介质(4)，上述各光学元件通过支架固定在光学全息平台上。

2、根据权利要求1所述的用于光存储与相关识别的图像照度自适应反馈装置，其特征是：所述的功率探测器(11)是CCD、光电二极管或光电倍增管中的任何一种。