光学系统、边缘轮廓提取方法及系统、计算机存储介质与流程

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学系统、边缘轮廓提取方法及系统、计算机存储介质。

背景技术：

传统边缘成像方法是通过物理手段先拍摄物体整体图像，再通过算法对整体图像进行处理，提取物体边缘的像信息。

技术实现要素：

本发明目的在于公开一种光学系统、边缘轮廓提取方法及系统、计算机存储介质，以实现对物体边缘的快速成像。

为达上述目的，本发明公开一种光学系统，包括：

第一器件，用于从外部入射光中过滤出第一偏振方向的线性偏振光，并将第一偏振方向的线性偏振光输出到第二器件；

所述第二器件，用于将入射的第一偏振方向的线性偏振光分解成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光并输出到第三器件，且输出的左旋和右旋两种圆偏振光中，一种基于类似凸透镜的实焦点会聚，一种基于类似凹透镜的虚焦点发散；或输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光偏转角度相反；

所述第三器件，至少具有一种工作状态以对左旋圆偏振光与右旋圆偏振光重叠的中间区域光束进行拦截、并对边缘非重叠区域的左旋或右旋圆偏振光进行透光。

为达上述目的，本发明公开一种边缘轮廓提取方法，包括：

获取上述光学系统的参数；

根据所述光学系统的参数并结合所获取图像内边界线和外边界线计算位于所述内边界线与所述外边界之间的实质轮廓线。

为达上述目的，本发明还公开一种边缘轮廓提取系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

为达上述目的，本发明还公开一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法中的步骤。

本发明具有以下有益效果：

可以直接对物体边缘轮廓成像，具有直接响应、快速响应的优点，在图像处理、高对比显微成像、物体表面缺陷或颗粒检测等方面具有广泛的应用前景。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例公开的光学系统的示意图；

图2是本发明实施例公开的像方光束区域分布图；

图3是本发明实施例公开的边缘成像实例；

图4是本发明实施例公开的对第三器件进行状态切换的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一

本实施例公开一种光学系统，包括：

第一器件，用于从外部入射光中过滤出第一偏振方向的线性偏振光，并将第一偏振方向的线性偏振光输出到第二器件。

第二器件，用于将入射的第一偏振方向的线性偏振光分解成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光并输出到第三器件，且输出的左旋和右旋两种圆偏振光中，一种基于类似凸透镜的实焦点会聚，一种基于类似凹透镜的虚焦点发散；或输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光偏转角度相反。

第三器件，至少具有一种工作状态以对左旋圆偏振光与右旋圆偏振光重叠的中间区域光束进行拦截、并对边缘非重叠区域的左旋或右旋圆偏振光进行透光。

优选地，本实施例第三器件具有至少一对应第一器件的特定位置以拦截第一偏振方向的线性偏振光；其中，在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光重叠的中间区域，左旋圆偏振光与右旋圆偏振光发生干涉以复原出第一偏振方向的线性偏振光。具体的，该第一器件可为第一偏振方向的线性偏振器，该第三器件可为第二偏振方向的线性偏振器，且第二偏振方向垂直于第一偏振方向。

可选的，本实施例的第二器件可以由超透镜等器件来实现对左旋和右旋两种圆偏振光中，一种基于类似凸透镜的实焦点会聚，一种基于类似凹透镜的虚焦点发散。也可以由偏振光栅等元器件来实现输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光偏转角度相反。通常，超透镜可由金属超表面或介质超表面制成；其中，超表面是一种由一系列亚波长的人工微结构组成的超薄二维阵列平面，具有制作相对简单、损耗相对较低、体积小和厚度超薄等特性，可以实现对电磁波的振幅、相位、传播模式、偏振态等方面的有效调控。

如图1所示，本发明实施例公开一种应用上述光学系统的具体实例，在该实例中，该光学系统或可称之为基于超透镜的光学边缘成像装置，其包括线性偏振器3、超透镜4、与线性偏振器3偏振方向正交的线性偏振器5。在成像装置前方，还设置有照明光源1和被照明物体2。可选的，在照明光源1和被照明物体2之间，以及线性偏振器件5之后，还可以设置有准直镜。

物方光束经过线性偏振器3，变成线性偏振光入射到超透镜上。所述超透镜，将入射线偏振光分解成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光出射。其中出射的左旋圆偏振光会聚，对应于正焦距、右旋圆偏振光发散，对应于负焦距。所述超透镜正负焦距绝对值很大，会聚和发散角很小，在像方会聚的左旋圆偏振光和发散的右旋圆偏振光有一个光强重叠区域。在光强重叠区域，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光发生干涉，变成线偏振光，且干涉后的线偏振光的偏振方向与入射的线偏振光振动方向相同，与线性偏振器5的偏振方向正交，在光强不重叠区域，出射光依然保持圆偏振态(左旋或右旋)，如图2所示。因此中间光强重叠区域的光将不能透过线性偏振器5，而边缘光强不重叠区域的圆偏振出射光将有一半的光能量可以透过线性偏振器5。最终从线性偏振器5出射的是物体边缘的像。如图3，假设被照明物体2是如图3中所示的形状，则物体2经过光学边缘成像系统成像之后，所成边缘像如图3中像6所示。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，做进一步改进。具体改进在于：在第一器件和第三器件中，至少一个能进行位置切换以使得在位置切换后实现：第三器件对第一偏振方向的线性偏振光进行透光。

实施例二的光学系统(或可称之为：边缘成像装置)，包括线性偏振器7、超透镜8、以及安装在可旋转机构内的线性偏振器9。如图4，当线性偏振器9被旋转到偏振方向与线性偏振器7的偏振方向正交时，中间光强重叠区域的光将不能透过线性偏振器9，而边缘光强不重叠区域的圆偏振出射光将有一半的光能量可以透过线性偏振器9。最终从线性偏振器9出射的是物体边缘的像，此时装置的作用与实施例一的功能相同。当线性偏振器9被旋转到偏振方向与线性偏振器7的偏振方向平行时，光强重叠区域的线性偏振光也可以透过线性偏振器9，此时可以对观测物体成完整像。由此，本实施例二实现了物体完整成像和边缘成像的自由切换。

实施例三

与上述两实施例所公开的光学系统相对应的，本实施例公开一种基于上述光学系统的边缘轮廓提取方法，包括：

步骤s1、获取所述光学系统的参数。

在该步骤中，所述光学系统之间的参数包括以下的任意一种或任意组合：光束波长、第一器件与第二器件之间的间距、第二器件与第三器件之间的间距、所获取图像系统中传感器与所述第三器件之间的间距等。

步骤s2、根据所述光学系统的参数并结合所获取图像内边界线和外边界线计算位于所述内边界线与所述外边界之间的实质轮廓线。

实施例四

与实施例三相对应的，本实施例公开一种边缘轮廓提取系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

实施例五

与实施例三相对应的，本实施例公开一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法中的步骤。

综上，本发明上述各实施例所分别公开的光学系统、边缘轮廓提取方法及系统、计算机存储介质，具有以下有益效果：

可以直接对物体边缘轮廓成像，具有直接响应、快速响应的优点，在图像处理、高对比显微成像、物体表面缺陷或颗粒检测等方面具有广泛的应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。