[發明專利]一種基于螺旋形干涉圖像特征提取技術的光學相位差解調方法

有效

• 申請號: 201810133544.3
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108279069B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 胡海峰;李澤華;朱思琦
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01J3/00
• 分類號: G01J3/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種基于螺旋形干涉圖像特征提取技術的光學相位差解調方法，該方法可以對兩光束之間的光學相位差進行解調。包括：獲取軌道角動量光束與高斯光束干涉形成的螺旋形干涉圖像；提取共同特征圖像，用于對一系列對應不同光學相位差的螺旋形干涉圖像進行分析，得到其共同特征圖像；特征解調，將螺旋形干涉圖像映射到以共同特征圖像為基矢量的二維空間，求出螺旋形干涉圖像在二維空間中的坐標值，實現螺旋形干涉圖像的數據降維；光學相位差計算，利用二維空間中的坐標值計算光學相位差。本發明的螺旋形干涉圖像便于特征提取，通過對螺旋形干涉圖像的數據進行降維，提高信號解調的效率，可以有效避免光束功率波動對光學相位差解調結果造成影響。

技術領域

本發明涉及應用光學領域，尤其涉及一種基于螺旋形干涉圖像特征提取技術的光學相位差解調方法。

背景技術

隨著人們對信息需求的日益增長，光學檢測技術由于其高精度測量性能，受到人們的廣泛關注。光學干涉儀是利用光的干涉效應獲取待測量的物理量的一種光學檢測儀器，光學干涉儀在天文學、光學、工程測量、海洋學、地震學、波譜分析、量子物理等諸多精密測量領域都有廣泛應用。光學干涉儀常用的信號解調方法包括強度解調和波長解調。相比較來說，強度解調方法更加直觀，其結構簡單且成本較低，但是強度解調容易受到光源功率波動影響而使測量結果造成偏差。波長解調通過反射或透射譜中特征波長的位置變化實現傳感信號的解調，其特征波長位置取決于待測參數對傳感結構特性的調制作用，而光源功率波動僅影響光譜絕對強度，而不影響相對強度分布。該方法可排除光源功率波動的影響。但光譜測量中，光譜分析儀是不可缺少的，目前光譜儀體積較大，且價格昂貴。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種結構簡單、解調效率高且便于特征提取的光學干涉儀光學相位差解調方法。本發明主要利用圖像特征提取技術，通過對一系列螺旋形干涉圖像進行處理提取共同特征圖像，利用的提取共同特征圖像對需要分析的螺旋形干涉圖像進行變換，將螺旋形干涉圖像映射到以共同特征圖像為基矢量的二維空間，利用低維空間中的坐標值計算光學相位差，實現光學相位差解調。

本發明采用的技術手段如下：

一種基于螺旋形干涉圖像特征提取技術的光學相位差解調方法，包括：獲取螺旋形干涉圖像的步驟和提取螺旋形干涉圖像特征的步驟，

所述獲取螺旋形干涉圖像的步驟是指：螺旋形干涉圖像由軌道角動量光束與高斯光束干涉形成，在所述螺旋形干涉圖樣中有螺旋形狀的干涉條紋，其中，

所述螺旋形干涉圖像隨著兩光束之間的光學相位差發生變化，所述光學相位差是所述軌道角動量光束與高斯光束之間的光學相位差；

所述提取螺旋形干涉圖像特征的步驟是指：提取共同特征圖像、特征解調和光學相位差計算的步驟；

所述的提取共同特征圖像的步驟是對一系列對應不同光學相位差的螺旋形干涉圖像的共同特征圖像進行提取；

所述的特征解調的步驟是將螺旋形干涉圖像映射到以共同特征圖像為基矢量的二維空間，求出螺旋形干涉圖像在二維空間中的坐標值，用來表示螺旋形干涉圖像的特征；

所述光學相位差計算的步驟是利用二維空間中的坐標值計算光學相位差，實現光學相位差的解調。

進一步的，所述軌道角動量光束拓撲荷數為+1或者-1。

進一步的，所述高斯光束拓撲荷數為0，所述高斯光束沿徑向方向光強分布滿足高斯函數。

所述提取共同特征圖像包括以下步驟：

S401：將螺旋形干涉圖像矩陣重新排列成為列向量，所述螺旋形干涉圖像矩陣的尺寸為N×N，且能夠表示成如下形式：

其中，矩陣中每個元素表示對應圖像像素點的灰度值，