一种基于小波变换与连通域的全息扫描空间距离提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学扫描全息领域与图像重建领域，具体来说，涉及一种基于小波变 换与连通域的实现全息扫描空间距离提取方法。
【背景技术】
[0002] 光学扫描全息技术，简称0SH，是一种数字全息技术，它是由Poon和Korpel最早提 出，OSH可以将3维物体的信息存储为2维的全息图。自该项技术提出以来，已经在扫描全 息显微镜、3D图像识别以及3D光学遥感等领域得到了广泛的应用。
[0003] 空间距离提取技术是OSH中一项重要的技术，它可以提取出待测物体的轴向空间 信息，而待测物体的轴向空间信息是进行图像重建的重要参数。因此，空间距离提取技术也 具有了重要的研究价值。研究证明，在迭代运算中，通过小波分解和连通域算法可以寻找出 重建图像边缘的最大值，并抑制离焦图像边缘，当得到边缘的最大值时，即可推测出待测物 体的轴向空间信息，从而实现空间距离提取。
[0004] 文献《Autofocusing in optical scanning holography》提出了 Wigner 分布来 提取待测物体的轴向空间信息，但是该方法的限制较多并且准确性较低。
[0005] 文南犬〈〈Blind sectional image reconstruction for optical scanning holography》提出利用Prewitt算子提取重建图像边缘，这种方法具有较好的实用性，但是 由于离焦噪声边缘的存在，影响了计算结果的精确度。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于光学全息扫描自动对焦，提出小波变换与连通域的实现全息扫 描空间距离提取方法，该方法通过利用小波变换，提取图像高频成分，去除低频成分，从而 提取出图像边缘，同时，利用连通域算法，抑制离焦图像边缘，保留完整的对焦图像边缘。
[0007] 本发明采用的技术方案是：
[0008] -种小波变换与连通域的实现全息扫描空间距离提取方法，其流程如图1所示， 包括以下步骤：
[0009] 步骤1.将激光通过第一偏振分束器分为两束光路，其中一条光束依次通过一个 声光调制器和扩束器，另一条光束依次通过另一个声光调制器、扩束器及凸透镜后，将这两 条光束经过第二偏振分束器聚光后干涉形成菲涅尔干涉条纹；
[0010] 步骤2.通过所述菲涅尔干涉条纹对待测物体进行扫描，并利用光电检测器接收 扫描后的光信息，从而获得待测物体的全息图；
[0011] 步骤3.设置距离参数的初值及其上限值，设定距离参数的扫描步长，以所述初值 作为距离参数的当前值；
[0012] 步骤4.将所得的全息图做傅里叶变换后，与带有所述距离参数的传统光学传递 函数的频域表达式的共辄相乘后，再经过逆傅里叶变换，即可得到待测物体的重建图像；
[0013] 步骤5.将重建图像进行小波分解，即对图像做离焦图像抑制操作去除低频成分 信息、保留高频成分信息，得到含有离焦噪声的待测物体边缘图像；
[0014] 步骤6.采用连通域算法，去除所述待测物体边缘图像的离焦噪声，最后得到无离 焦噪声的边缘图像；计算、记录所述无离焦噪声的边缘图像的边缘长度及其对应的距离参 数值；
[0015] 步骤7.将距离参数的当前值加上一个扫描步长作为距离参数的最新值，并重复 执行步骤4至步骤6直至距离参数的当前值已达所设定的上限值时止，由此获得多个边缘 长度；提取边缘长度中最大的两个值对应的距离参数值，所述两个距离参数值即为待测物 体在轴向空间上所处的位置区间。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] (1)本发明使用了光学扫描全息技术，通过小波分解与连通域算法实现对待测物 体的轴向空间信息提取，全息扫描空间距离提取技术应用范围包括生物细胞观察、机械控 制、光学聚焦等，因此本发明适用于各个领域，应用范围非常广；
[0018] (2)本发明利用小波分解实现对离焦图像的抑制并提取出对焦图像的边缘，另外 通过连通域算法对图像作进一步处理，从而提高了空间距离提取的精确度；
[0019] (3)本发明只需要调节小波分解的细节系数阈值以及连通域阈值，即可实现离焦 图像的有效抑制，并准确提取出待测物体的轴向空间信息；
[0020] (4)本发明不仅实现方式简单、便于操作，同时具有很强的实用性，适合推广使用。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明提供的方法流程示意图；
[0022] 图2为本发明实施例的基本结构图；
[0023] 图3为本发明实施例的待测物体示意图；
[0024] 图4为本发明实施例的待测物体全息图；
[0025] 图5为本发明实施例的重建图像；
[0026] 图6为本发明实施例的对焦图像小波分解与连通域算法效果图；
[0027] 图7为本发明实施例的离焦图像小波分解与连通域算法效果图；
[0028] 图8为本发明实施例的边缘长度双峰函数图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图与实施例对本发明进一步说明。
[0030] 实施例
[0031] 本发明实施例流程如图1所示，所采用的基本结构如图2所示，其中He-Ne激光 器Laser的波长λ = 632.8nm，声光调制器（A0FS1，A0FS2)转换频率分别为Ω/2 3Τ = 79. 98MHz和（Ω + Δ Ω)/2 π = 40MHz，凸透镜Ll的焦距为500mm，待测物体如图3所示， XOY平面尺寸为I. 5cmXl. 5cm，矩阵尺寸为500 X 500,其轴向位置分别为Z1= 870mm, z 2 = 1070_，按照如下步骤即可实现扫描过程：
[0032] 步骤1.将激光通过第一偏振分束器分为两束光路，其中一条光束依次通过一个 声光调制器和扩束器，另一条光束依次通过另一个声光调制器、扩束器及凸透镜后，将这两 条光束经过第二偏振分束器聚光后干涉形成菲涅尔干涉条纹；
[0033] 本实施例采用的系统结构如图2所示，由同一光源发出的角频率为ω的光被第一 偏振分束器BSl分成两束，其中一束通过声光调制器AOFSl与凸透镜L1，形成球面波；另一 束经过声光调制器A0FS2,形成平面波；两束光经第二偏振分束器聚合后在待测物体前干 涉形成菲涅尔干涉条纹，其在待测物体所处轴向空间上的表达式如下：
[0035] 其中，待测物体在轴向上划分成η层，Z1表示待测物体的第i层所在的