基于多通道低頻外差的合成孔徑數字全息方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數字全息技術領域，尤其涉及一種基于多通道低頻外差的合成孔徑數 字全息方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 全息技術利用干涉記錄和衍射重建來獲得立體目標的振幅和相位信息，實現對目 標的三維成像。相比其他三維成像技術，全息技術具有非接觸、非掃描的優勢。合成孔徑數 字全息技術利用多個子孔徑全息信號探測和聯合重建，提高了全息技術的成像分辨率。
[0003] 現有的合成孔徑數字全息技術采用機械調整物光和目標相對空間角度的分時探 測方法，或多路物光束分別選通的分時探測方法。在采用機械調整的方法中，激光器出射的 相干光束被分為1路物光和1路參考光。利用機械裝置控制物光路中反射鏡轉動或目標轉 動，改變物光和目標間相對角度，與參考光干涉后分時獲得不同的子孔徑全息信號;在多路 物光束分時選通方法中，激光器出射的相干光束被分為多路物光和1路參考光。各物光設置 為不同的空間位置和角度。控制物光路中光闌分時選通，從而控制各物光束依次與參考光 干涉，分時獲得各子孔徑全息信號。
[0004] 可見，在現有的合成孔徑全息技術中，需要分時探測不同的子孔徑全息圖，不能進 行同步探測，限制了探測速度。且當目標變化或外界振動時，各子孔徑全息圖存在相對變 化，降低了重建精度。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種基于多通道低頻外差的合成孔徑數字全息方法及裝置， 具有同步探測、分辨率高、抗噪性好的優點。
[0006] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種基于多通道低頻外差的合成孔徑數字全息方法，包括：
[0008] 采用包含多個聲光移頻器的預設光路分別對應的對一路參考光與多路物光進行 不同移頻量的調制，調制后的各通道物光之間以及各通道物光與參考光之間具有不同頻率 的低頻外差，且該預設光路中還將調制后的各通道物光以不同空間角度照射被測目標，再 利用高幀頻面陣探測器對預設光路輸出的信號進行探測，從而同步獲得多通道低頻外差全 息ig號；
[0009] 分別對多通道低頻外差全息信號中每一像素點的探測信號進行時域頻譜變換，并 提取各個通道外差頻率處的振幅值和相位值，從而獲得對應各通道的二維子波面；
[0010] 將各個通道外差頻率處子波面拼接得到合成孔徑波面，并利用合成孔徑波面進行 全息重建，從而獲得目標信息。
[0011] 進一步的，所述預設光路包括：
[0012]激光器，用于出射偏振相干光；
[0013]級聯的N個分光模塊，每一分光模塊包括:一個半波片與一個偏振分光棱鏡；用于 對激光器出射光進行分光，得到N路同偏振態的相干光;其中N>2;
[0014] N個移頻模塊，對應的與一分光模塊相連，每一移頻模塊包括：一個聲光移頻器 (Α0Μ)與一個光闌；入射的偏振相干光被聲光移頻器調制，得到-1級光、0級光與+1級光，其 中的-1級光與〇級光被光闌遮擋，+1級光出射；
[0015] N個濾波擴束模塊，對應的與一移頻模塊相連，每一濾波擴束模塊包括:光纖耦合 器、光纖與光纖準直器;入射的+1級光經由光纖耦合器耦合入光纖并經光纖準直器出射;其 中，選擇一路濾波擴束模塊出射的光作為參考光，另外N-1路作為物光;N-1路物光中，有1路 正照射被測目標，其余N-2路從不同空間位置斜照射目標；
[0016] 合束棱鏡，用于將1路參考光以及N-1路以不同空間角度照射被測目標后的物光合 束后輸出。
[0017] 進一步的，所述分別對多通道低頻外差全息信號中每一像素點的探測信號進行時 域頻譜變換，并提取各個通道外差頻率處的振幅值和相位值，從而獲得對應各通道的二維 子波面包括：
[0018] 將多通道低頻外差全息信號I作為一個數據矩陣1[1(3，隊。^]，其中4為探測器行 像素數，C為探測器列像素數，Ntcltal為探測總幀數;則對于探測器的任一像素點( x，y)，能夠 獲得該像素點的時域?目號I [ X，y，1: Nt0tai ];
[0019]利用快速傅里葉變換FFT分別對每一個像素點上獲得的時域信號I[x，y，l:N tcltai] 進行時域頻譜變換，獲得時域頻譜：
[0020] S=FFT(I[x,y, 1 ：Nt0tai])；
[0021] 再提取各個通道外差頻率MK2 Si <N)處振幅值和相位值，得到二維的子波面 信息：
[0023] 其中，分別為參考光的振幅、調制頻率、相位、波矢量，?{為探測面上 某點對應參考光的矢徑;ai、fi、@、?ζ分別為第i路物光的振幅、調制頻率、相位、波矢量， ^為探測面上某點對應物光i的矢徑。
[0024] 進一步的，所述將各個通道外差頻率處的子波面拼接得到合成孔徑波面，并利用 合成孔徑波面進行全息重建，從而獲得目標信息包括：
[0025] 基于標定好的各通道物光的相對空間位置，相對移動并拼接各個通道外差頻率處 的子波面⑴獲得合成孔徑波面0總：
[0026] 0總（Δ xi，Δ yi)=〇i，2 < i < N
[0027] 其中，△ Xi，△ yi表示各通道物光對應子波面的空間相對平移量；
[0028]基于衍射原理，進行全息重建：
[0029]基于衍射原理的點擴散函數為：
[0031]其中，λ為激光器出射光的波長，波矢的數值量1? = 2π/λ，ζ為衍射的距離，X'、y'為 衍射面上坐標；
[0032] 全息重建為：
[0033] 〇^=〇總*h;
[0034] 其中，*表示卷積運算；
[0035] 所獲得的0?即為目標信息。
[0036] -種基于多通道低頻外差的合成孔徑數字全息裝置，包括:預設光路、高幀頻面陣 探測器與數據處理器;其中：
[0037] 所述預設光路中包含多個聲光移頻器，用于分別對應的對一路參考光與多路物光 進行不同移頻量的調制，調制后的各通道物光之間以及各通道物光與參考光之間具有不同 頻率的低頻外差，且該預設光路中還將調制后的各通道物光以不同空間角度照射被測目 標；
[0038] 所述高幀頻面陣探測器，用于對預設光路輸出的信號進行探測，從而同步獲得多 通道低頻外差全息信號；
[0039] 所述數據處理器，用于分別對多通道低頻外差全息信號中每一像素點的探測信號 進行時域頻譜變換，并提取各個通道外差頻率處的振幅值和相位值，從而獲得對應各通道 的二維子波面;將各個通道外差頻率處的二維子波面拼接得到合成孔徑波面，并利用合成 孔徑波面進行全息重建，從而獲得目標信息。
[0040] 進一步的，所述預設光路包括：
[0041] 激光器，用于出射偏振相干光；
[0042] 級聯的N個分光模塊，每一分光模塊包括:一個半波片與一個偏振分光棱鏡；用于 對激光器出射光進行分光，得到N路同偏振態的相干光;其中N>2;
[0043] N個移頻模塊，對應的與一分光模塊相連，每一移頻模塊包括:一個聲光移頻器與 一個光闌;入射的偏振相干光被聲光移頻器調制，得到-1級光、〇級光與+1級光，其中的-1級 光與〇級光被光闌遮擋，+1級光出射；
[0044] N個濾波擴束模塊，對應的與一移頻模塊相連，每一濾波擴束模塊包括:光纖耦合 器、光纖與光纖準直器;入射的+1級光經由光纖耦合器耦合入光纖并經光纖準直器出射;其 中，選擇一路濾波擴束模塊出射的光作為參考光，另外N-1路作為物光;N-1路物光中，有1路 正照射被測目標，其余N-2路從不同空間位置斜照射目標；
[0045] 合束棱鏡，用于將1路參考光以及N-1路以不同空間角度照射被測目標后的物光合 束后輸出。
[0046] 進一步的，所述分別對多通道低頻外差全息信號中每一像素點的探測信號進行時 域頻譜變換，并提取各個通道外差頻率處的振幅和相位值，從而獲得對應各通道的二維子 波面包括：
[0047]將多通道低頻外差全息信號I作為一個數據矩陣1[1(3，隊。^]，其中^為探測器行 像素數，c為探測器列像素數，Ntcltal為探測總幀數;則對于探測器的任一像素點(x，y)，能夠 獲得該像素點的時域?目號I [ X，y，1: Nt0tai ];
[0048] 利用快速傅里葉變換FFT分別對每一個像素點上獲得的時域信號I[x，y，1 :Ntcltai] 進行時域頻譜變換，獲得時域頻譜：
[0049] S=FFT(I[x,y, 1 ：Nt0tai])；
[0050]再提取各個通道外差頻率MK2 < i < N)處振幅值和相位值，得到二維的子波面 信息：
[0052] 其中，&1、心、約、$分別為參考光的振幅、調制頻率、相位、波矢量，^為探測面上 某點對應參考光的矢徑;