[发明专利]基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息轴向定位方法

说明书

本发明公开了基于TR‑MUSIC算法的光学扫描全息轴向定位方法，解决了现有技术光学扫描全息技术扫描轴向距离分辨率低的问题。本发明包括以下步骤：首先将激光分束后聚光干涉形成菲涅尔波带板；之后用菲涅尔波带板扫描物体并得到物体的全息图，将全息图采用傅里叶变换得到矩阵K；然后通过K矩阵得到物体的多层切片对应的时间反演矩阵后求得其特征值和特征向量，从而将全息图分解为信号子空间和噪声子空间；最后利用有限元法将物体单层切片做等间距离散化并将各个单元作为测试目标，求得全息图后获取所有单层物体切片的成像伪谱，将该成像伪谱求和即得表征物体轴向位置的参量。本发明实现方式简单、便于操作，同时具有很强的实用性。

技术领域

本发明涉及光学扫描全息技术与空间定位领域，具体涉及基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息轴向定位方法。

背景技术

光学扫描全息技术，简称OSH，是数字全息技术的一个重要分支。它利用光学扫描技术将物体的3维信息切片储存为2维信息，从而得到物体的全息图。该技术是1979年，Poon和Korpel在研究声光外差图像处理器的时候所提出。自该技术提出以来，已经在扫描全息显微镜、3D图像识别以及3D光学遥感等领域得到了广泛的应用。

在光学扫描全息技术领域中，由于全息图的重建过程需要使用到扫描镜到物体的距离，因此获得精确的轴向扫描距离一直以来都是国内外的研究热点，至今为止，相继有使用双波长激光源、自聚焦等技术应用到光学扫描全息技术当中，希望提高轴向分辨率，但其精度依然有待提高。

文献《Optical scanning holography with MATLAB》讲述了光学扫描全息技术的相关理论，利用光学外差的方法将三维物体信息以二维的方式存储，并给出了通过物体的复振幅函数与光学传递函数作卷积运算得到物体的切片全息图的方法。

文献《Time reversal optical tomography locating targets in a highlyscattering turbid medium》将时间反演用到了光学领域，并总结了利用TR-MUSIC算法实现对高散射浑浊介质中物体的定位，该方法具有很高的定位精度与准确性。

文献《Depth resolution enhancement in optical scanning holography witha dual-wavelength laser source》分析了光学扫描全息技术当中影响轴向分辨率的一些相关因素，同时提出了一种具有较高分辨率的重建算法，但其轴向定位精度仍有可提升空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息轴向定位方法，解决现有技术光学扫描全息技术扫描轴向距离分辨率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息轴向定位方法，包括以下步骤：

步骤1、将激光采用第一偏振分束器分成两束，之后一束光依次通过第一光瞳和第一凸透镜后投射至第二偏振分束器，第二束光依次通过第二光瞳和第二凸透镜后投射至第二偏振分束器，第二偏振分束器将投射来的两束光聚光干涉形成菲涅尔波带板；

步骤2、首先采用步骤1中获得的菲涅尔波带板对物体进行扫描，然后利用光电探测器接受扫描后的透射光，经过解调后得到物体的由多个单层物体切片全息图组成的多层物体切片全息图，最后将所有全息图采用傅里叶变换后得到矩阵K；

步骤3、通过步骤2中K矩阵得到物体的多层切片对应的时间反演矩阵，并求得其特征值和特征向量，从而将全息图分解为信号子空间和噪声子空间；