[发明专利]一种基于拉盖尔高斯变换的旋转物体成像系统

说明书

本发明公开了一种基于拉盖尔高斯变换的旋转物体成像系统，包括激光器、扩束系统、成像透镜和一维阵列探测器，所述扩束系统位于所述激光器的激光输出口后，所述成像透镜和所述一维阵列探测器依次位于扩束系统输出的光路上，目标旋转物体位于所述扩束系统和所述成像透镜之间的光路上，所述激光器射出的光束经过所述扩束系统扩束后打到目标旋转物体上，并经过所述成像透镜成像到一维阵列探测器所在平面，所述一维阵列探测器从接收的图像光学信号中提取拉盖尔高斯谱并采用拉盖尔高斯变换重构目标旋转物体图像。本发明图像处理更方便。

技术领域

本发明涉及成像技术，尤其涉及一种基于拉盖尔高斯变换的旋转物体成像系统。

背景技术

傅里叶变换将信号分解为组分频率，因为许多线性操作包括微分和卷积在频域都很容易操作，例如信号处理、微分公式分析、傅里叶转换频谱学。一个重要的分支是傅里叶光学，从光学图像到其空间频谱的变换只需要一个透镜就可以实现。基于傅里叶光学，图像边缘加强、空间滤波、图像重构、计算全息、图像压缩等图像处理处理技术发展起来。然而有一个很重要的应用场景，那就是需要对航空发动机、储能飞轮、高速离心机等旋转物体进行成像监控。光学傅里叶变换技术此时很难发挥作用，因为光场在旋转过程当中，傅里叶频谱的组分也在随之改变，基于傅里叶变换的成像就会变得混乱和复杂。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于拉盖尔高斯变换的旋转物体成像系统，拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian,LG)谱的成分不会随着光场的旋转而改变，因此，本发明成像比较简单，图像处理比较方便。

技术方案：本发明所述的基于拉盖尔高斯变换的旋转物体成像系统包括激光器、扩束系统、成像透镜和一维阵列探测器，所述扩束系统位于所述激光器的激光输出口后，所述成像透镜和所述一维阵列探测器依次位于扩束系统输出的光路上，目标旋转物体位于所述扩束系统和所述成像透镜之间的光路上，所述激光器射出的光束经过所述扩束系统扩束后打到目标旋转物体上，并经过所述成像透镜成像到一维阵列探测器所在平面，所述一维阵列探测器从接收的图像光学信号中提取拉盖尔高斯谱并采用拉盖尔高斯变换重构目标旋转物体图像。

进一步的，所述一维阵列探测器位于所述成像透镜的成像面的半径处，像素覆盖到图像的中心以及边缘。

进一步的，所述扩束系统由两个透镜组成，位于后面的透镜是位于前面透镜的焦距的多倍。

进一步的，所述重构目标旋转物体图像通过在一维阵列探测器内加载程序实现，该程序在被执行时具体实现如下步骤：

A、将一维阵列探测器接收的图像光学信号按照下式进行时间上的傅里叶变换，得到变换后的信号：

式中，b_l(r)表示傅里叶变换后的信号，r表示光场半径，T表示目标旋转物体的旋转周期，l表示角向系数，φ₀表示表示一维阵列探测器的方位角，E(r_n,φ₀,t)表示一维阵列探测器接收的图像光学信号，

B、根据傅里叶变换后的信号计算下式，得到拉盖尔高斯模式系数：

式中，A_p,l表示角向系数为l、径向系数为p时拉盖尔高斯模式的系数，LG_p,l(r)表示拉盖尔高斯模式的径向分布，且ω₀表示束腰，表示拉盖尔多项式；

C、根据拉盖尔高斯模式系数按照下式重构目标旋转物体图像：

式中，E(r,φ)表示重构后的目标旋转物体图像，φ表示空间方位角。

进一步的，所述激光器具体为1064nm激光器。