基于单个空间光调制器的光学模式识别器及其方法

摘要

本发明公开了一种基于单个空间光调制器的光学模式识别器及其方法。它包括激光器、相机、平面反射镜、空间光调制器、驱动器、计算机；空间光调制器由计算机通过驱动器控制；从激光器发出的激光照射在空间光调制器上发生反射，反射光照射在平面反射镜上发生反射，反射光再照射在空间光调制器上，经过多次反射，最终由相机观测光信号。本发明将输入物和参考物的写在同一个空间光调制器上，可以对输入物进行模式识别，同时大大的缩小系统的体积。在文字读取，指纹识别等方面具有很重大的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单个空间光调制器的光学模式识别器及其方法。

背景技术

光学模式识别在上个世纪60年代提出，经过50年左右的发展，有了长足的进步。其基本的目的是在不同的目标模式中识别出与参考模式相同或者相近的模式，最典型的是图像模式的识别。光学模式识别的应用范围遍布军用探测、指纹识别、汉字识别、光子计算等诸多领域。相比于电子模式识别，光学模式识别具有高速度、大容量和并行性的特点。同时，光学模式识别不仅能够对图像的强度进行识别，同时能够对光学的相位进行识别，在光子计算，光子计算机等方面具有电子模式识别所不能实现的特性。

传统的光学模式识别器主要包括范德鲁格特相关器和联合变换相关器等，但是这些模式识别器主要存在的问题有：体积过于庞大，调整困难，而且模式识别的效率与系统光路的调整好坏有很大关系。本发明通过在空间光调制器前添加一个平面反射镜，可以将系统光路折叠，大大的减小了系统的体积。同时，本发明能够实现光学模式识别的功能，并且在不调整硬件的情况下，通过软件编程，能够对系统光路进行精确调整。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种体积小、成本低、调整简单的基于单个空间光调制器的光学模式识别器及其方法。

基于单个空间光调制器的光学模式识别器包括激光器、相机、平面反射镜、空间光调制器、驱动器、计算机；空间光调制器由计算机通过驱动器控制；从激光器发出的激光照射在空间光调制器上发生反射，反射光照射在平面反射镜上发生反射，反射光再照射在空间光调制器上，经过多次反射，最终由相机观测光信号。

所述的平面反射镜与空间光调制器的表面平行，平面反射镜的宽度等于空间光调制器液晶表面宽度的一半。

所述的平面反射镜与空间光调制器表面之间的距离与入射光与空间光调制器表面的夹角成反比，与空间光调制器上显示的透镜的焦距成正比。

基于单个空间光调制器的光学模式识别方法是通过计算机将输入物和参考物的相位分别与相位型菲涅尔透镜叠加，形成一副全息图，通过计算机控制驱动器将全息图显示在空间光调制器上，从激光器发出的激光照射在空间光调制器上发生反射，反射光加载了输入物的信息，照射在平面反射镜上发生反射，会聚在空间光调制器上，经过多次反射，最终由相机观测输入物和参考物的相关信号。

本发明利用在输入物和参考物上分别叠加相位型菲涅尔透镜，实现了普通光学模式识别器中的透镜的作用，省去了透镜，缩小了系统体积。另外，通过平面反射镜对光路的折叠作用，利用计算机控制驱动器，将输入物和参考物的信息同时写入空间光调制器的左右两部分，可以实现对输入物的相位识别。通过此方法，使得光学识别器的系统大大的缩小，成本降低。在光学系统的小型化，集成化方面有着巨大的意义。

附图说明

图1是基于单个空间光调制器的光学模式识别器的系统示意图；

图2是输入物相位图；

图3是参考物相位图；

图4是参考物做傅里叶变换后的相位图；

图5是菲涅尔透镜相位图；

图6是菲涅尔透镜和输入物叠加产生的相位图；

图7是菲涅尔透镜和滤波器叠加产生的相位图；

图8是将输入物和参考物集成为一副图；

图9是相关面上得到的光学相关图。

具体实施方式

如附图所示，基于单个空间光调制器的光学模式识别器包括激光器1、相机2、平面反射镜3、空间光调制器4、驱动器5、计算机6；空间光调制器4由计算机6通过驱动器5控制；从激光器1发出的激光照射在空间光调制器4上发生反射，反射光照射在平面反射镜3上发生反射，反射光再照射在空间光调制器4上，经过多次反射，最终由相机2观测光信号。

所述的平面反射镜3与空间光调制器4的表面平行，平面反射镜3的宽度等于空间光调制器4液晶表面宽度的一半。

所述的平面反射镜3与空间光调制器4表面之间的距离与入射光与空间光调制器4表面的夹角成反比，与空间光调制器4上显示的透镜的焦距成正比。

基于单个空间光调制器的光学模式识别方法是通过计算机6将输入物和参考物的相位分别与相位型菲涅尔透镜叠加，形成一副全息图，通过计算机6控制驱动器5将全息图显示在空间光调制器4上，从激光器1发出的激光照射在空间光调制器4上发生反射，反射光加载了输入物的信息，照射在平面反射镜3上发生反射，会聚在空间光调制器4上，经过多次反射，最终由相机2观测输入物和参考物的相关信号。

实施例

当平行光照射在空间光调制器时，通过空间光调制器的调制作用，输入光的相位和强度会被调制，从而被加载输入物的信息。通过计算机控制驱动器，在空间光调制器的一半叠加一个相位型的菲涅尔透镜，通过菲涅尔透镜的作用，可以对输入物进行傅里叶变换。之后，输入物的傅里叶变换像经过反射，照射在平面反射镜上。通过调整平面反射镜和空间光调制器之间的距离，使得输入物的傅里叶变换像的位置经过反射后再照射到空间光调制器的另一半上，再经过一次反射，最终的相关结果由相机接收。在空间光调制器的另外一半记载了参考物的傅里叶变换像，并也叠加一个相位型的菲涅尔透镜，用来实现傅里叶变换。通过这样的方法，可以省去普通光学模式识别器中的透镜，缩小了系统的体积，在光学模式识别中，具有非常重要的意义。

基于单个空间光调制器的光学模式识别器制作方法包括以下步骤：

1.调整激光器的直径，使得入射光的面积等于空间光调制器面积的一半。然后调整激光机的入射方向，使之斜入射到空间光调制器的左半部分，入射角为1°左右。

2.如图2所示，通过计算机选择需要被识别的输入物，并将其灰度值与菲涅尔透镜图（如图5所示）叠加，最终形成如图6所示的图像。同过计算机控制驱动器，将如图6所示图像导入空降光调制器的左半部分。

3.在光路中添加一个平面反射镜，面积为空间光调制器的一半。调整平面反射镜与空间光调制器之间的位置还有距离，使得二者相互平行。然后，调整二者之间的距离，使得经过空间光表面左半部分和平面反射镜二次反射后的光能够正好照射在空间光调制器的右半部分。 

4.通过计算机选择参考物的图像（如图3所示），并将其做傅里叶变换，并导出相位图（如图4所示）。然后在其上添加一个相位型的菲涅尔透镜（如图5所示），最终得到如图7所示的相位图。并通过计算机和控制器，将图7所示的相位图写入到空间光调制器的右半部分。

5.在沿着空间光调制器右半部分的反射光方向放置一个相机，用来接收最后的相关像。

当系统要对某一图像识别时，首先通过计算机将该图像进行傅里叶变换并导出相位，然后与一个相位型的菲涅尔透镜叠加。然后将需要被识别的输入物的相位和另一个菲涅尔透镜叠加。之后，通过计算机控制驱动器，将这两幅图像分别导入空间光调制器的两边。通过相机观测反射光的光场，当发现光场内出现了一个很强的光点时，就可以判定，输入物中含有参考物的图像。通过这个方法，可以对任意光学模式进行识别，在军事和工业上都有着巨大的应用。