[发明专利]一种光学扫描全息三维物体实时识别系统及方法

权利要求书

1.一种光学扫描全息三维物体实时识别系统，其特征在于，沿着光路依次包括：激光器(1)、空间滤波器(2)、第一透镜(3)、第一分束镜(4)；

第一分束镜(4)之后分成两个光路，即第一透射光路、第一反射光路；沿着第一透射光路依次包括声光移频器(5)、第一反光镜(6)、第一快门(7)；沿着第一反射光路依次包括第二反光镜(8)、第二透镜(9)、第二快门(10)；

之后，第一光路和第二光路分别垂直的进入第二分束镜(11)；

第二分束镜(11)之后再次分成两个光路，即第二透射光路、第二反射光路；沿着第二透射光路依次包括空间光调制器(20)、光致聚合物(21)、第四透镜(22)、CCD(23)；沿着第二反射光路依次包括二维扫描振镜(12)、物体(13)、第三透镜(14)、光电探测器(15)；

光电探测器(15)依次连接带通滤波器(16)、乘法器(17)、低通滤波器(18)；

空间光调制器(20)、CCD(23)、低通滤波器(18)分别与计算机(19)连接；

所述的激光器(1)出射光光轴方向与空间滤波器(2)中心保持一致，空间滤波器(2)与第一透镜(3)之间的距离为第一透镜(3)的焦距长；

二维扫描振镜(12)与第二透镜(9)之间的距离为第二透镜(9)的焦距长；

物体(13)和光电探测器(15)分别置于第三透镜(14)的前焦面和后焦面上；

带通滤波器(16)的输入端与光电探测器(15)的输出端相连，带通滤波器(16)的输出信号分为两路分别连接乘法器(17)的输入端，低通滤波器(18)的输入端和输出端分别连接乘法器(17)的输出端与计算机(19)；空间光调制器(20)的输入端与计算机(19)相连；光致聚合物(21)垂直置于空间光调制器(20)的透射光方向；光致聚合物(21)和CCD(23)分别位于第四透镜(22)的前焦面和后焦面上。

2.一种光学扫描全息三维物体实时识别方法，其特征在于，采用权利要求1所述的光学扫描全息三维物体实时识别系统，包括如下步骤：

步骤1：激光器(1)出射的平行光准直后经空间滤波器(2)调制为发散的球面波，球面光束经过第一透镜(3)成平面波；平面波经第一分束镜(4)分为两路，即第一透射光路、第一反射光路，其中第一透射光路经声光移频器(5)、第一反光镜(6)、第一快门(7)，第一反射光路经第二反光镜(8)、第二透镜(9)、第二快门(10)，两个光路在第二分束镜(11)汇合并形成时变菲涅尔波带板；

所述步骤1中，在第二分束镜(11)处汇合的平面波P和球面波Q的表达式分别为：

P＝Aexp[j(ω₀+Ω)t]

且在物平面上形成的时变菲涅尔波带板干涉条纹S_Ω表达式为：

S_Ω＝|P+Q|²

其中A和B分别表示平面波和球面波的振幅，j为虚数单位，Ω为声光移频器的移频量，t为时间变量，k₀为波数，x和y表示波前平面的坐标，z为光波传播方向距离；

步骤2：时变菲涅尔波带板通过二维扫描振镜扫描物体，携带有物体相位信息的光波经第三透镜(14)在其后焦面上由光电探测器(15)记录下参考物体全息图的频谱电流信号，电流信号通过带通滤波器(16)、乘法器(17)和低通滤波器(18)处理后得到只含参考物体振幅和相位信息的全息频谱图，并将其输入到空间光调制器(20)中；

步骤3：关闭第二快门(10)，将第二分束镜(11)透射的平面光照射到空间光调制器(20)上，在光致聚合物(21)上记录下参考物体的全息频谱信息，作为待识别物体的匹配滤波相关器；

步骤4：打开第二快门(10)，选择另一物体作为待识别的目标对象，利用与步骤2和步骤3相同的过程在光致聚合物上记录下待识别目标物体的全息图的频谱，使携带目标物体全息图频谱的透射光波作为匹配滤波相关器读出光波；经第四透镜(22)后，在其后焦面上由CCD(23)记录下目标物体与参考物体的相关输出，并输入到计算机(19)中进行分析，达到实时识别的目的。