[发明专利]一种基于分数阶光子轨道角动量的边缘增强成像装置及方法

说明书

一种基于分数阶光子轨道角动量的边缘增强成像装置及方法，涉及量子成像领域。本发明是为了解决传统图像获取设备采集图像存在缺陷的问题。本发明He‑Ne激光器发出的激光依次透过样本图像和第一凸透镜并以45°入射角入射至偏振分束器中，偏振分束器将入射光分束为反射光和透射光，反射光通过1/4波片透射至空间光调制器中，空间光调制器位于第二凸透镜的焦平面上，空间光调制器对入射光进行调制并输出调制光，调制光依次透过1/4波片、偏振分束器和第二凸透镜入射至CCD相机中，CCD相机输出边缘增强图像。有效提高了图像对比度，信噪比，分辨率，提高成像质量。

技术领域

本发明属于量子成像领域。

背景技术

边缘增强是光学信息处理比较重要的应用方向。构成图像的基本特征是轮廓和边缘，在提取图像信息时，图像的边缘增强能更好地抑制采集信息过程中的噪声，提高对目标物体中边界区域的成像质量，突出物体细节信息，有利于进行图像分析、目标识别、以及图像编码等图像处理工作。早在20世纪70年代，人们对图像的边缘增强就做了大量研究，由于光照条件的限制，图像获取设备采集图像有共同的缺点，即：图像对比度低、图像轮廓模糊、像质差、信噪比较低，这些缺点严重影响了图像中目标的正确识别率。而传统的中值滤波、低通滤波等均不能很好地去除背景光及杂波的干扰。自从希尔伯特变换提出以来，螺旋相位滤波广泛应用于图像的边缘增强。整数阶涡旋相位滤波应用于图像边缘增强，而基于更高阶的分数涡旋相位滤波的边缘成像研究较少。

发明内容

本发明是为了解决传统图像获取设备采集图像存在缺陷的问题，现提供一种基于分数阶光子轨道角动量的边缘增强成像装置及方法。

一种基于分数阶光子轨道角动量的边缘增强成像装置，包括：He-Ne激光器1、第一凸透镜3、偏振分束器4、1/4波片5、空间光调制器6、第二凸透镜7和CCD相机8；

He-Ne激光器1发出的激光依次透过样本图像2和第一凸透镜3并以45°入射角入射至偏振分束器4中，偏振分束器4将入射光分束为反射光和透射光，反射光通过1/4波片5透射至空间光调制器6中，空间光调制器6位于第二凸透镜7的焦平面上，空间光调制器6对入射光进行调制并输出调制光，调制光依次透过1/4波片5、偏振分束器4和第二凸透镜7入射至CCD相机8中，CCD相机8输出边缘增强图像。

一种基于分数阶光子轨道角动量的边缘增强成像方法，包括以下步骤：

步骤一：使He-Ne激光器1发出的垂直高斯光照射在样本图像2上，

步骤二：调整第一凸透镜3，使透过样本图像2垂直高斯光经过第一凸透镜3透射，并在第一凸透镜3的焦面形成傅里叶变换频谱面，

步骤三：调整偏振分束器4，使得透过第一凸透镜3的激光以45°入射角入射至偏振分束器4中，

步骤四：偏振分束器4输出的反射光透过1/4波片入射至空间光调制器6，空间光调制器6对入射光进行调制，获得入射光相位，

步骤五：空间光调制器6的输出调制光依次透过1/4波片5、偏振分束器4和第二凸透镜7后入射至CCD相机8，在CCD相机8的后焦面上获得输出光束，即：边缘增强图像。

本发明给出了基于分数阶光子轨道角动量边缘增强成像的机理，基于三透镜4f系统，通过螺旋相位滤波片的选择，可以有效实现图像的边缘增强成像，提高成像的质量。传统的图像边缘增强是对已获取图像的后处理，存在像轮廓模糊，像质差等缺点；而本发明提出基于分数阶光子轨道角动量的图像边缘增强成像有效提高了图像对比度，信噪比，分辨率，提高成像质量。

附图说明

图1为基于分数阶光子轨道角动量的边缘增强成像装置的结构示意图；

图2为不同拓扑荷数的螺旋相位图，其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)的拓扑荷数p分别为0.2、0.5、0.8、1、1.1、1.2；