[發明專利]一種基于拉蓋爾高斯變換的旋轉物體成像系統

有效

• 申請號: 201911117320.4
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110987927B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 魏丹;王天新;馬劍濤;徐釧;張勇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 馮艷芬

本發明公開了一種基于拉蓋爾高斯變換的旋轉物體成像系統，包括激光器、擴束系統、成像透鏡和一維陣列探測器，所述擴束系統位于所述激光器的激光輸出口后，所述成像透鏡和所述一維陣列探測器依次位于擴束系統輸出的光路上，目標旋轉物體位于所述擴束系統和所述成像透鏡之間的光路上，所述激光器射出的光束經過所述擴束系統擴束后打到目標旋轉物體上，并經過所述成像透鏡成像到一維陣列探測器所在平面，所述一維陣列探測器從接收的圖像光學信號中提取拉蓋爾高斯譜并采用拉蓋爾高斯變換重構目標旋轉物體圖像。本發明圖像處理更方便。

技術領域

本發明涉及成像技術，尤其涉及一種基于拉蓋爾高斯變換的旋轉物體成像系統。

背景技術

傅里葉變換將信號分解為組分頻率，因為許多線性操作包括微分和卷積在頻域都很容易操作，例如信號處理、微分公式分析、傅里葉轉換頻譜學。一個重要的分支是傅里葉光學，從光學圖像到其空間頻譜的變換只需要一個透鏡就可以實現。基于傅里葉光學，圖像邊緣加強、空間濾波、圖像重構、計算全息、圖像壓縮等圖像處理處理技術發展起來。然而有一個很重要的應用場景，那就是需要對航空發動機、儲能飛輪、高速離心機等旋轉物體進行成像監控。光學傅里葉變換技術此時很難發揮作用，因為光場在旋轉過程當中，傅里葉頻譜的組分也在隨之改變，基于傅里葉變換的成像就會變得混亂和復雜。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術存在的問題，提供一種基于拉蓋爾高斯變換的旋轉物體成像系統，拉蓋爾高斯(Laguerre-Gaussian,LG)譜的成分不會隨著光場的旋轉而改變，因此，本發明成像比較簡單，圖像處理比較方便。

技術方案：本發明所述的基于拉蓋爾高斯變換的旋轉物體成像系統包括激光器、擴束系統、成像透鏡和一維陣列探測器，所述擴束系統位于所述激光器的激光輸出口后，所述成像透鏡和所述一維陣列探測器依次位于擴束系統輸出的光路上，目標旋轉物體位于所述擴束系統和所述成像透鏡之間的光路上，所述激光器射出的光束經過所述擴束系統擴束后打到目標旋轉物體上，并經過所述成像透鏡成像到一維陣列探測器所在平面，所述一維陣列探測器從接收的圖像光學信號中提取拉蓋爾高斯譜并采用拉蓋爾高斯變換重構目標旋轉物體圖像。

進一步的，所述一維陣列探測器位于所述成像透鏡的成像面的半徑處，像素覆蓋到圖像的中心以及邊緣。

進一步的，所述擴束系統由兩個透鏡組成，位于后面的透鏡是位于前面透鏡的焦距的多倍。

進一步的，所述重構目標旋轉物體圖像通過在一維陣列探測器內加載程序實現，該程序在被執行時具體實現如下步驟：

A、將一維陣列探測器接收的圖像光學信號按照下式進行時間上的傅里葉變換，得到變換后的信號：

式中，b_l(r)表示傅里葉變換后的信號，r表示光場半徑，T表示目標旋轉物體的旋轉周期，l表示角向系數，φ₀表示表示一維陣列探測器的方位角，E(r_n,φ₀,t)表示一維陣列探測器接收的圖像光學信號，

B、根據傅里葉變換后的信號計算下式，得到拉蓋爾高斯模式系數：

式中，A_p,l表示角向系數為l、徑向系數為p時拉蓋爾高斯模式的系數，LG_p,l(r)表示拉蓋爾高斯模式的徑向分布，且ω₀表示束腰，表示拉蓋爾多項式；

C、根據拉蓋爾高斯模式系數按照下式重構目標旋轉物體圖像：

式中，E(r,φ)表示重構后的目標旋轉物體圖像，φ表示空間方位角。

進一步的，所述激光器具體為1064nm激光器。