[发明专利]一种基于Talbot效应光学卷积的图像特征提取系统及方法

权利要求书

1.一种基于Talbot效应光学卷积图像特征提取系统的图像特征提取方法，其特征在于，所述的基于Talbot效应光学卷积图像特征提取系统包括：位于相同高度光轴的物镜、分时切换系统、目镜和CMOS；所述的分时切换系统包括若干不同参数的叠层光栅、以及选择所述叠层光栅并将其切换进入成像光路的驱动结构；所述的叠层光栅包括第一层光栅和第二层光栅；所述的第二层光栅布置在第一层光栅后表面整数倍Talbot距离处；

所述的第一层光栅位于物镜的后像面上，所述的第二层光栅位于目镜的前物面，所述的CMOS位于目镜的后像面；

所述的第二层光栅布置在第一层光栅后表面2-4倍Talbot距离处；

所述的图像特征提取方法包括如下步骤：

1）将经扩展光源照明的目标源图像放置在物镜的前物面上，经物镜成像后将共轭像汇聚在叠层光栅的第一层光栅上；

2）叠层光栅的第一层光栅发生Talbot衍射效应，衍射图案照射在位于整数倍Talbot距离处的第二层光栅，发生莫尔条纹效应，源图像经过叠层光栅后即进行了光学卷积操作；

3）将经过光学卷积的卷积图像通过目镜成像在后端的CMOS上；

4）分时切换系统切换第二种参数的叠层光栅进入光路，这时源图像经过步骤2）和3）后同样在CMOS上得到一种光学卷积图像，将前后两种不同的卷积图像进行差分算法处理，输出的图像即是一种图像边缘特征提取的滤波图案；

5）分时切换系统继续运转，切换不同参数的叠层光栅进入光路，经过步骤2）、3）及4）后得到不同参数的卷积滤波图案，进而得到关于源图像不同边缘特征的信息。

2.如权利要求1所述的基于Talbot效应光学卷积图像特征提取系统的图像特征提取方法，其特征在于：所述的第一层光栅和第二层光栅均为等周期的透射式光栅。

3.如权利要求1所述的基于Talbot效应光学卷积图像特征提取系统的图像特征提取方法，其特征在于：汇聚在叠层光栅的滤波卷积图像经过叠层光栅后进行了光学卷积操作，卷积函数为经光瞳函数调制的正弦曲线，经过分时切换系统切换不同参数的叠层光栅后，获取另一张光学卷积图像，此时的卷积函数是相差相位的光瞳函数调制过的正弦曲线，两张卷积图像进行差分处理后，得到完整的Gabor小波滤波输出。

4.如权利要求1所述的基于Talbot效应光学卷积图像特征提取系统的图像特征提取方法，其特征在于：所述的CMOS进行分时段高帧率的采样操作。

5.如权利要求4所述的基于Talbot效应光学卷积图像特征提取系统的图像特征提取方法，其特征在于：所述CMOS的采样频率为2-20FPS；当分时切换系统切换不同参数的叠层光栅进入光路后，CMOS即进行一次采样。