[發(fā)明專利]一種光學掃描全息三維物體實時識別系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110149175.9
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112947023B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 張亞萍;姚勇偉;許蔚;李重光;張永安;范厚鑫;王斌;張竟原;陳會心
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G03H1/08
• 分類號: G03H1/08;G03H1/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

1.一種光學掃描全息三維物體實時識別系統(tǒng)，其特征在于，沿著光路依次包括：激光器(1)、空間濾波器(2)、第一透鏡(3)、第一分束鏡(4)；

第一分束鏡(4)之后分成兩個光路，即第一透射光路、第一反射光路；沿著第一透射光路依次包括聲光移頻器(5)、第一反光鏡(6)、第一快門(7)；沿著第一反射光路依次包括第二反光鏡(8)、第二透鏡(9)、第二快門(10)；

之后，第一光路和第二光路分別垂直的進入第二分束鏡(11)；

第二分束鏡(11)之后再次分成兩個光路，即第二透射光路、第二反射光路；沿著第二透射光路依次包括空間光調制器(20)、光致聚合物(21)、第四透鏡(22)、CCD(23)；沿著第二反射光路依次包括二維掃描振鏡(12)、物體(13)、第三透鏡(14)、光電探測器(15)；

光電探測器(15)依次連接帶通濾波器(16)、乘法器(17)、低通濾波器(18)；

空間光調制器(20)、CCD(23)、低通濾波器(18)分別與計算機(19)連接；

所述的激光器(1)出射光光軸方向與空間濾波器(2)中心保持一致，空間濾波器(2)與第一透鏡(3)之間的距離為第一透鏡(3)的焦距長；

二維掃描振鏡(12)與第二透鏡(9)之間的距離為第二透鏡(9)的焦距長；

物體(13)和光電探測器(15)分別置于第三透鏡(14)的前焦面和后焦面上；

帶通濾波器(16)的輸入端與光電探測器(15)的輸出端相連，帶通濾波器(16)的輸出信號分為兩路分別連接乘法器(17)的輸入端，低通濾波器(18)的輸入端和輸出端分別連接乘法器(17)的輸出端與計算機(19)；空間光調制器(20)的輸入端與計算機(19)相連；光致聚合物(21)垂直置于空間光調制器(20)的透射光方向；光致聚合物(21)和CCD(23)分別位于第四透鏡(22)的前焦面和后焦面上。

2.一種光學掃描全息三維物體實時識別方法，其特征在于，采用權利要求1所述的光學掃描全息三維物體實時識別系統(tǒng)，包括如下步驟：

步驟1：激光器(1)出射的平行光準直后經空間濾波器(2)調制為發(fā)散的球面波，球面光束經過第一透鏡(3)成平面波；平面波經第一分束鏡(4)分為兩路，即第一透射光路、第一反射光路，其中第一透射光路經聲光移頻器(5)、第一反光鏡(6)、第一快門(7)，第一反射光路經第二反光鏡(8)、第二透鏡(9)、第二快門(10)，兩個光路在第二分束鏡(11)匯合并形成時變菲涅爾波帶板；

所述步驟1中，在第二分束鏡(11)處匯合的平面波P和球面波Q的表達式分別為：

P＝Aexp[j(ω₀+Ω)t]

且在物平面上形成的時變菲涅爾波帶板干涉條紋S_Ω表達式為：

S_Ω＝|P+Q|²

其中A和B分別表示平面波和球面波的振幅，j為虛數(shù)單位，Ω為聲光移頻器的移頻量，t為時間變量，k₀為波數(shù)，x和y表示波前平面的坐標，z為光波傳播方向距離；

步驟2：時變菲涅爾波帶板通過二維掃描振鏡掃描物體，攜帶有物體相位信息的光波經第三透鏡(14)在其后焦面上由光電探測器(15)記錄下參考物體全息圖的頻譜電流信號，電流信號通過帶通濾波器(16)、乘法器(17)和低通濾波器(18)處理后得到只含參考物體振幅和相位信息的全息頻譜圖，并將其輸入到空間光調制器(20)中；

步驟3：關閉第二快門(10)，將第二分束鏡(11)透射的平面光照射到空間光調制器(20)上，在光致聚合物(21)上記錄下參考物體的全息頻譜信息，作為待識別物體的匹配濾波相關器；

步驟4：打開第二快門(10)，選擇另一物體作為待識別的目標對象，利用與步驟2和步驟3相同的過程在光致聚合物上記錄下待識別目標物體的全息圖的頻譜，使攜帶目標物體全息圖頻譜的透射光波作為匹配濾波相關器讀出光波；經第四透鏡(22)后，在其后焦面上由CCD(23)記錄下目標物體與參考物體的相關輸出，并輸入到計算機(19)中進行分析，達到實時識別的目的。