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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：本发明公开了一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法,涉及计算光学成像领域。通过非线性重建NLRNon‑LinearReconstruction算法，将点扩展函数与物体全息图图像重建的互相关计算转换到频域，并将转换后的点扩展函数频谱振幅与物体全息图频谱振幅分别取不同的幂次；引入Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器，与改变后的点扩展函数频谱振幅和物体全息图频谱相乘后，再傅里叶逆变换实现边缘图像重建。本发明在非线性重建NLR算法中引入了Laguerre‑Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器，实现了无干涉编码孔径相关全息系统的边缘检测，通过调整频谱振幅幂次、滤波器拓扑因子和初始相位能够获得各项同性、各向异性和二阶微分的边缘增强图像。本方法与传统非相干全息系统的边缘检测方法相比能够实现方向可控的各向异性和图像的二阶微分，并且具有参数动态可调的优点。

主权项：1.一种基于无干涉编码孔径相关全息术的边缘检测方法，其特征在于，所述方法采用具体无干涉编码孔径相关全息术的装置包括单色LED、第一透镜、物体、第二透镜、偏振片、相位型空间光调制器PSLMPhasespatiallightmodulator、图像传感器，其中：所述单色LED发出的单色非相干光经过所述第一透镜聚焦到所述物体上，所述物体首先使用了25μm的针孔，近似为在所述物体平面的物点；所述物体到所述第二透镜的距离大小等于所述第二透镜的焦距，经过所述第二透镜后光束被准直；准直后的光束经过所述偏振片后入射到所述PSLM，所述偏振片偏振方向与所述PSLM的调制偏振轴对齐，所述PSLM上加载了编码相位掩膜CPMCodedPhaseMask；经所述PSLM反射的光束入到所述图像传感器，此时图像传感器上记录的为点扩展函数强度图，反映了一个物点经过系统的强度分布；仅将所述物体处的针孔换成目标图像，光束传播过程与所述物体使用针孔时完全相同，此时所述图像传感器上记录了物体全息图；将记录的物体全息图与点扩散函数代入非线性重建NLRNon-LinearReconstruction算法中，同时引入Laguerre-Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器在重建过程中对图像进行滤波处理，实现各向同性、各向异性和二阶微分边缘图像重建；所述方法包括以下三个步骤：S1，点扩散函数和物体全息图记录；S2，在NLR算法中引入Laguerre-Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器对记录的点扩散函数频谱和物体全息图频谱滤波处理；S3，调整参数，实现各向同性、各向异性和二阶微分边缘图像重建；S1：记录所述点扩散函数和物体全息图，在无干涉编码孔径相关全息系统的所述物体平面依次放置针孔和目标图像，针孔位置和目标图像位置处在同一平面，所述物体使用针孔时在所述图像传感器上记录的为点扩散函数的强度分布IPSF，所述物体使用目标图像时在所述图像传感器上记录的为物体全息图的强度分布IOBJ；S2：通过在所述NLR算法中引入所述Laguerre-Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器对记录的点扩散函数频谱和物体全息图频谱进行滤波处理；考虑到采用非相干光照明，在成像系统中物体全息图的强度分布可以视为点扩散函数强度分布的叠加，NLR重建算法本质为空域互相关重建算法转换到了频域进行计算，通过IOBJ与IPSF的相互关联重建图像，首先需要将IPSF以及IOBJ变换到频域，考虑到实际的实验环境，所述物体全息图频谱振幅改变m次幂，点扩散函数频谱振幅改变n次幂，为得到图像最佳重建的频谱，幂次m和n将在逆滤波器m或n＝-1和匹配滤波器m或n＝1之间的范围内迭代选取；将所述Laguerre-Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器代入NLR算法，与重建图像的频谱相乘，在幂次m和n迭代选取最优值的过程中将得到图像最佳边缘重建的频谱，经过傅里叶逆变换得到图像边缘；S3：所述Laguerre-Gaussian振幅型叠加涡旋相位滤波器在频域的表达式为 式中，r,θ为频域极坐标，ω1控制最大振幅所处的位置，拓扑因子l1和l2为涡旋相位的阶数，三阶涡旋相位得到一阶微分的图像边缘增强，四阶涡旋相位得到二阶微分的图像边缘增强；为了得到各项异性边缘检测，通过叠加两个不同相位的涡旋滤波器实现，权重因子c决定了正、负涡旋的权重比，控制了各向异性边缘增强的功率；通过在频域中调整滤波器的初始相位角β，控制了各向异性边缘增强的方向；当权重因子c＝0，拓扑因子l1＝3，频谱振幅幂次m＝-1和n＝0.8时，实现图像的各向同性的边缘图像重建；当权重因子c＝0，拓扑因子l1＝4，m＝-1和n＝0.5时，实现图像的各向同性二阶微分的边缘图像重建；当权重因子c＝1、拓扑因子l1＝l2＝3，m＝-1和n＝0.8，β＝0、和时，分别得到了水平方向、垂直方向、对角线方向和反对角线方向的边缘图像。

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