基于多通道低频外差的合成孔径数字全息方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字全息技术领域，尤其涉及一种基于多通道低频外差的合成孔径数 字全息方法及装置。
【背景技术】
[0002] 全息技术利用干涉记录和衍射重建来获得立体目标的振幅和相位信息，实现对目 标的三维成像。相比其他三维成像技术，全息技术具有非接触、非扫描的优势。合成孔径数 字全息技术利用多个子孔径全息信号探测和联合重建，提高了全息技术的成像分辨率。
[0003] 现有的合成孔径数字全息技术采用机械调整物光和目标相对空间角度的分时探 测方法，或多路物光束分别选通的分时探测方法。在采用机械调整的方法中，激光器出射的 相干光束被分为1路物光和1路参考光。利用机械装置控制物光路中反射镜转动或目标转 动，改变物光和目标间相对角度，与参考光干涉后分时获得不同的子孔径全息信号;在多路 物光束分时选通方法中，激光器出射的相干光束被分为多路物光和1路参考光。各物光设置 为不同的空间位置和角度。控制物光路中光阑分时选通，从而控制各物光束依次与参考光 干涉，分时获得各子孔径全息信号。
[0004] 可见，在现有的合成孔径全息技术中，需要分时探测不同的子孔径全息图，不能进 行同步探测，限制了探测速度。且当目标变化或外界振动时，各子孔径全息图存在相对变 化，降低了重建精度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于多通道低频外差的合成孔径数字全息方法及装置， 具有同步探测、分辨率高、抗噪性好的优点。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种基于多通道低频外差的合成孔径数字全息方法，包括：
[0008] 采用包含多个声光移频器的预设光路分别对应的对一路参考光与多路物光进行 不同移频量的调制，调制后的各通道物光之间以及各通道物光与参考光之间具有不同频率 的低频外差，且该预设光路中还将调制后的各通道物光以不同空间角度照射被测目标，再 利用高帧频面阵探测器对预设光路输出的信号进行探测，从而同步获得多通道低频外差全 息ig号；
[0009] 分别对多通道低频外差全息信号中每一像素点的探测信号进行时域频谱变换，并 提取各个通道外差频率处的振幅值和相位值，从而获得对应各通道的二维子波面；
[0010] 将各个通道外差频率处子波面拼接得到合成孔径波面，并利用合成孔径波面进行 全息重建，从而获得目标信息。
[0011] 进一步的，所述预设光路包括：
[0012]激光器，用于出射偏振相干光；
[0013]级联的N个分光模块，每一分光模块包括:一个半波片与一个偏振分光棱镜；用于 对激光器出射光进行分光，得到N路同偏振态的相干光;其中N>2;
[0014] N个移频模块，对应的与一分光模块相连，每一移频模块包括：一个声光移频器 (Α0Μ)与一个光阑；入射的偏振相干光被声光移频器调制，得到-1级光、0级光与+1级光，其 中的-1级光与〇级光被光阑遮挡，+1级光出射；
[0015] N个滤波扩束模块，对应的与一移频模块相连，每一滤波扩束模块包括:光纤耦合 器、光纤与光纤准直器;入射的+1级光经由光纤耦合器耦合入光纤并经光纤准直器出射;其 中，选择一路滤波扩束模块出射的光作为参考光，另外N-1路作为物光;N-1路物光中，有1路 正照射被测目标，其余N-2路从不同空间位置斜照射目标；
[0016] 合束棱镜，用于将1路参考光以及N-1路以不同空间角度照射被测目标后的物光合 束后输出。
[0017] 进一步的，所述分别对多通道低频外差全息信号中每一像素点的探测信号进行时 域频谱变换，并提取各个通道外差频率处的振幅值和相位值，从而获得对应各通道的二维 子波面包括：
[0018] 将多通道低频外差全息信号I作为一个数据矩阵1[1(3，队。^]，其中4为探测器行 像素数，C为探测器列像素数，Ntcltal为探测总帧数;则对于探测器的任一像素点( x，y)，能够 获得该像素点的时域?目号I [ X，y，1: Nt0tai ];
[0019]利用快速傅里叶变换FFT分别对每一个像素点上获得的时域信号I[x，y，l:N tcltai] 进行时域频谱变换，获得时域频谱：
[0020] S=FFT(I[x,y, 1 ：Nt0tai])；
[0021] 再提取各个通道外差频率MK2 Si <N)处振幅值和相位值，得到二维的子波面 信息：
[0023] 其中，分别为参考光的振幅、调制频率、相位、波矢量，?{为探测面上 某点对应参考光的矢径;ai、fi、@、?ζ分别为第i路物光的振幅、调制频率、相位、波矢量， ^为探测面上某点对应物光i的矢径。
[0024] 进一步的，所述将各个通道外差频率处的子波面拼接得到合成孔径波面，并利用 合成孔径波面进行全息重建，从而获得目标信息包括：
[0025] 基于标定好的各通道物光的相对空间位置，相对移动并拼接各个通道外差频率处 的子波面⑴获得合成孔径波面0总：
[0026] 0总（Δ xi，Δ yi)=〇i，2 < i < N
[0027] 其中，△ Xi，△ yi表示各通道物光对应子波面的空间相对平移量；
[0028]基于衍射原理，进行全息重建：
[0029]基于衍射原理的点扩散函数为：
[0031]其中，λ为激光器出射光的波长，波矢的数值量1? = 2π/λ，ζ为衍射的距离，X'、y'为 衍射面上坐标；
[0032] 全息重建为：
[0033] 〇^=〇总*h;
[0034] 其中，*表示卷积运算；
[0035] 所获得的0?即为目标信息。
[0036] -种基于多通道低频外差的合成孔径数字全息装置，包括:预设光路、高帧频面阵 探测器与数据处理器;其中：
[0037] 所述预设光路中包含多个声光移频器，用于分别对应的对一路参考光与多路物光 进行不同移频量的调制，调制后的各通道物光之间以及各通道物光与参考光之间具有不同 频率的低频外差，且该预设光路中还将调制后的各通道物光以不同空间角度照射被测目 标；
[0038] 所述高帧频面阵探测器，用于对预设光路输出的信号进行探测，从而同步获得多 通道低频外差全息信号；
[0039] 所述数据处理器，用于分别对多通道低频外差全息信号中每一像素点的探测信号 进行时域频谱变换，并提取各个通道外差频率处的振幅值和相位值，从而获得对应各通道 的二维子波面;将各个通道外差频率处的二维子波面拼接得到合成孔径波面，并利用合成 孔径波面进行全息重建，从而获得目标信息。
[0040] 进一步的，所述预设光路包括：
[0041] 激光器，用于出射偏振相干光；
[0042] 级联的N个分光模块，每一分光模块包括:一个半波片与一个偏振分光棱镜；用于 对激光器出射光进行分光，得到N路同偏振态的相干光;其中N>2;
[0043] N个移频模块，对应的与一分光模块相连，每一移频模块包括:一个声光移频器与 一个光阑;入射的偏振相干光被声光移频器调制，得到-1级光、〇级光与+1级光，其中的-1级 光与〇级光被光阑遮挡，+1级光出射；
[0044] N个滤波扩束模块，对应的与一移频模块相连，每一滤波扩束模块包括:光纤耦合 器、光纤与光纤准直器;入射的+1级光经由光纤耦合器耦合入光纤并经光纤准直器出射;其 中，选择一路滤波扩束模块出射的光作为参考光，另外N-1路作为物光;N-1路物光中，有1路 正照射被测目标，其余N-2路从不同空间位置斜照射目标；
[0045] 合束棱镜，用于将1路参考光以及N-1路以不同空间角度照射被测目标后的物光合 束后输出。
[0046] 进一步的，所述分别对多通道低频外差全息信号中每一像素点的探测信号进行时 域频谱变换，并提取各个通道外差频率处的振幅和相位值，从而获得对应各通道的二维子 波面包括：
[0047]将多通道低频外差全息信号I作为一个数据矩阵1[1(3，队。^]，其中^为探测器行 像素数，c为探测器列像素数，Ntcltal为探测总帧数;则对于探测器的任一像素点(x，y)，能够 获得该像素点的时域?目号I [ X，y，1: Nt0tai ];
[0048] 利用快速傅里叶变换FFT分别对每一个像素点上获得的时域信号I[x，y，1 :Ntcltai] 进行时域频谱变换，获得时域频谱：
[0049] S=FFT(I[x,y, 1 ：Nt0tai])；
[0050]再提取各个通道外差频率MK2 < i < N)处振幅值和相位值，得到二维的子波面 信息：
[0052] 其中，&1、心、約、$分别为参考光的振幅、调制频率、相位、波矢量，^为探测面上 某点对应参考光的矢径;