[發明專利]基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測及圖像模糊復原裝置和方法

在審

• 申請號: 202110233094.7
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112801917A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 馬劍濤;王麓懿;郭俊杰;張勇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T3/60
• 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

1.一種基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測裝置，其特征在于包括：

旋轉物體光學成像模塊，用于采用光學4F成像系統對旋轉物體進行光學成像，得到旋轉模糊圖像；

物體轉速測量模塊，用于產生攜帶拓撲荷數不同的軌道角動量疊加光場，入射旋轉物體后濾出基模得到干涉信號，并根據干涉信號得到旋轉物體的轉速。

2.根據權利要求1所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測裝置，其特征在于：所述旋轉物體光學成像模塊具體包括：

光學4F成像系統，用于對旋轉物體進行光學成像；

面陣探測器，置于旋轉物體的成像面上，進行圖像拍攝，得到旋轉模糊圖像：

式中，E_b(r,θ)為拍攝到的旋轉模糊圖像，E₀(r,θ)為旋轉物體靜止時的圖像，θ為極坐標系下的方位角，φ為面陣探測器曝光時間內物體的相對轉動角度。

3.根據權利要求1所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體轉速監測裝置，其特征在于：所述物體轉速測量模塊具體包括：

軌道角動量疊加光場產生單元，用于產生攜帶拓撲荷數不同的軌道角動量疊加光場，入射高速旋轉物體；

轉速獲取單元，用于將軌道角動量光束入射高速旋轉物體后濾出基模產生干涉信號，再進行傅里葉變換，得到旋轉物體的轉速：

式中，Ω為旋轉物體的轉速，Δf為干涉信號傅里葉變換的頻移量，l₁,l₂為入射旋轉物體的軌道角動量。

4.一種基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體模糊圖像復原裝置，其特征在于包括：

權利要求1-3中任意一項所述的旋轉物體轉速監測裝置；

拉蓋爾高斯譜計算模塊，用于計算旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜；

拉蓋爾高斯譜修正模塊，用于根據旋轉速度與曝光時間的關系，獲取旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜的系數變化，實現旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜修正；

模糊圖像復原模塊，用于根據系數修正后的旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜對圖像進行圖像重構，獲取去除旋轉模糊的清晰圖像。

5.根據權利要求4所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體模糊圖像復原裝置，其特征在于：所述拉蓋爾高斯譜計算模塊計算得到的拉蓋爾高斯譜為：

式中，A_p,l表示旋轉模糊圖像在角向指數為l、徑向指數為p時的拉蓋爾高斯譜系數，LG_p,l(r,θ)表示角向指數為l、徑向指數為p時的拉蓋爾高斯模式，E_b(r,θ)表示旋轉模糊圖像，r為極坐標系下的半徑，θ為極坐標系下的方位角，是LG_p,l(r,θ)的共軛轉置，ω₀為拉蓋爾高斯模式的束腰，為角向指數為l、徑向指數為p時的拉蓋爾多項式。

6.根據權利要求4所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體模糊圖像復原裝置，其特征在于：所述拉蓋爾高斯譜修正模塊獲取的旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜的系數變化為：

M_l＝sinc(πlΩT)

式中，M_l為拉蓋爾高斯譜的系數變化，Ω為旋轉物體的轉速，l為角向指數，T為面陣探測器曝光時間。

7.根據權利要求4所述的基于拉蓋爾高斯模式的旋轉物體模糊圖像復原裝置，其特征在于：所述拉蓋爾高斯譜修正模塊修正后的旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜系數為：

式中，為修正后的拉蓋爾高斯譜系數，A_p,l為旋轉模糊圖像的拉蓋爾高斯譜系數，M_l為拉蓋爾高斯譜的系數變化。