[發明專利]基于衍射器件陣列的二維仿射變換全光實現方法

有效

• 申請號: 201310697751.9
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103676398A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 田逢春;陳丹昱;趙貞貞;韓亮;張文理;胡又文;上官曉配;劉穎;張麗
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

技術領域

本發明涉及一種基于光交換思想進行圖像處理的技術，具體地講，是一種基于衍射器件陣列的二維仿射變換全光實現方法。

背景技術

隨著現代圖像處理技術的發展，人們對圖像的分辨率要求越來越高，市面上的數碼相機的像素已達到1000萬以上。如果利用計算機分形迭代系統（IFS）實現圖像數據壓縮，其編解碼的運算量是非常驚人的。就拿一幅1000×1000像素的圖像解碼為例，若要達到1個像素的分辨率，采用普通的計算方法大約需要1010年，這是分形圖像數據壓縮至今仍無法實現實時處理的主要瓶頸所在。

如果采用閉環全光系統進行分形迭代函數計算，其速度等價于光在該閉環系統中的傳播速度，一次循環時間為納秒數量級，可望滿足實時性的要求。然而，迭代函數系統通常由兩個基本部分構成，一個是仿射線性變換，另一個是迭代（反饋）。如果將輸入圖像的每個像元（像素）看著光交換矩陣的一根光纖輸入，將輸出圖像的每個像元與光交換矩陣中的輸出光纖對應，利用光交換的思想，與輸入矩陣中的任一像元對應的光信號都可采用光交換的方法映射到輸出中的任意一個像元，從而可以實現輸入圖像的任意仿射變換。然而，傳統的光交換是先進行光-電轉換，交換后再進行電-光轉換，不僅耗時長，而且帶寬存在瓶頸，難以大規模實現。

目前已有許多學者提出了實現全光交換的一些方案，典型方法有基于光波導的光交換、基于MEMS/(MOEMS)技術的光交換、基于微透鏡陣列的光交換以及基于衍射的SLM光交換等。

例如，利用空間光調制器實現板與板之間的動態全息連接，采用了特殊的激光源陣列和鐵電型的液晶空間光調制器，利用相位型空間光調制器對波前相位的調制作用，或者利用計算全息的方法構成光柵實現對光波波前的相位調制，從而在輸出端口或輸出平面上得到需要的光束偏轉或掃描信息，從而實現多通道的光交換。其優點是速度快，可裁剪，可靠性高且自適應性強，可以實現交換前后的光纖通道的動態對準和跟蹤。但存在著衍射效率不夠高、空間光調制器構成的衍射器件尺寸無法做小、通道間串擾較大的缺陷。

而基于光波導和MEMS技術的光交換雖然沒有上述的衍射效率導致的通道串擾問題，但由于涉及機械運動，不僅其速度和可靠性都受限，且成本高昂、體積較大，無法實現大規模的光交換。

基于上述分析可以發現，現有技術中的各種全光交換方法要么存在著規?；蝽憫俣仁芟?，要么串擾大，因此無法直接應用于二維迭代函數系統中需要的仿射線性變換。

發明內容

本發明的目的是針對現有光交換方法存在上述不足而無法直接應用于二維仿射變換的問題，提供一種能用于全光方式實現二維仿射線性變換的圖像處理技術。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于衍射器件陣列的二維仿射變換全光實現方法，具體的技術方案如下：

一種基于衍射器件陣列的二維仿射變換全光實現方法，其關鍵在于按照以下步驟進行：

步驟1：將激光源生成的相干光準直后投射到第一空間光調制器中，并通過該第一空間光調制器加載輸入圖像；

步驟2：所述第一空間光調制器將加載有輸入圖像的相干光輸出到仿射線性變換模塊中；

步驟3：通過所述仿射線性變換模塊進行二維仿射變換后將輸出的光線投射到傅里葉透鏡中；

步驟4：在所述傅里葉透鏡的后焦面上獲取輸出圖像；

所述仿射線性變換模塊是由多個子衍射器件構成的陣列，該仿射線性變換模塊中的二維仿射變換按照Y=CX+b進行，其中，X為仿射線性變換模塊的輸入信息，Y為仿射線性變換模塊的輸出信息，C為線性變換矩陣，b為平移矢量；一個子衍射器件實現一個輸入像元到一個輸出像元的衍射功能。

基于上述方法，以仿射線性變換模塊中對應的輸入圖像的像元大小作為基本單位，每個子衍射器件對應一個像元，單獨控制各個子衍射器件對每個輸入像元入射光的衍射作用，利用衍射現象可以改變入射光束的出射角的原理，分別控制各個像元出射光束的偏轉，并通過陣列的形式完成二維輸入與輸出的映射，進而實現基于衍射器件陣列光交換的全光仿射線性變換。

由于衍射器件的效率不為100%，上述方案中必然存在串音干擾，為了解決這一問題，所述步驟4中，在傅里葉透鏡的后焦面上添加透過率控制模塊來處理輸出圖像，該透過率控制模塊由第二空間光調制器構成，并按照A、B兩種方式對每個像元的透過率進行控制：

方式A：如果該像元中沒有有用信號，則透過率為0；