[发明专利]基于衍射器件阵列的二维仿射变换全光实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光交换思想进行图像处理的技术，具体地讲，是一种基于衍射器件阵列的二维仿射变换全光实现方法。

背景技术

随着现代图像处理技术的发展，人们对图像的分辨率要求越来越高，市面上的数码相机的像素已达到1000万以上。如果利用计算机分形迭代系统（IFS）实现图像数据压缩，其编解码的运算量是非常惊人的。就拿一幅1000×1000像素的图像解码为例，若要达到1个像素的分辨率，采用普通的计算方法大约需要1010年，这是分形图像数据压缩至今仍无法实现实时处理的主要瓶颈所在。

如果采用闭环全光系统进行分形迭代函数计算，其速度等价于光在该闭环系统中的传播速度，一次循环时间为纳秒数量级，可望满足实时性的要求。然而，迭代函数系统通常由两个基本部分构成，一个是仿射线性变换，另一个是迭代（反馈）。如果将输入图像的每个像元（像素）看着光交换矩阵的一根光纤输入，将输出图像的每个像元与光交换矩阵中的输出光纤对应，利用光交换的思想，与输入矩阵中的任一像元对应的光信号都可采用光交换的方法映射到输出中的任意一个像元，从而可以实现输入图像的任意仿射变换。然而，传统的光交换是先进行光-电转换，交换后再进行电-光转换，不仅耗时长，而且带宽存在瓶颈，难以大规模实现。

目前已有许多学者提出了实现全光交换的一些方案，典型方法有基于光波导的光交换、基于MEMS/(MOEMS)技术的光交换、基于微透镜阵列的光交换以及基于衍射的SLM光交换等。

例如，利用空间光调制器实现板与板之间的动态全息连接，采用了特殊的激光源阵列和铁电型的液晶空间光调制器，利用相位型空间光调制器对波前相位的调制作用，或者利用计算全息的方法构成光栅实现对光波波前的相位调制，从而在输出端口或输出平面上得到需要的光束偏转或扫描信息，从而实现多通道的光交换。其优点是速度快，可裁剪，可靠性高且自适应性强，可以实现交换前后的光纤通道的动态对准和跟踪。但存在着衍射效率不够高、空间光调制器构成的衍射器件尺寸无法做小、通道间串扰较大的缺陷。

而基于光波导和MEMS技术的光交换虽然没有上述的衍射效率导致的通道串扰问题，但由于涉及机械运动，不仅其速度和可靠性都受限，且成本高昂、体积较大，无法实现大规模的光交换。

基于上述分析可以发现，现有技术中的各种全光交换方法要么存在着规模或响应速度受限，要么串扰大，因此无法直接应用于二维迭代函数系统中需要的仿射线性变换。

发明内容

本发明的目的是针对现有光交换方法存在上述不足而无法直接应用于二维仿射变换的问题，提供一种能用于全光方式实现二维仿射线性变换的图像处理技术。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于衍射器件阵列的二维仿射变换全光实现方法，具体的技术方案如下：

一种基于衍射器件阵列的二维仿射变换全光实现方法，其关键在于按照以下步骤进行：

步骤1：将激光源生成的相干光准直后投射到第一空间光调制器中，并通过该第一空间光调制器加载输入图像；

步骤2：所述第一空间光调制器将加载有输入图像的相干光输出到仿射线性变换模块中；

步骤3：通过所述仿射线性变换模块进行二维仿射变换后将输出的光线投射到傅里叶透镜中；

步骤4：在所述傅里叶透镜的后焦面上获取输出图像；

所述仿射线性变换模块是由多个子衍射器件构成的阵列，该仿射线性变换模块中的二维仿射变换按照Y=CX+b进行，其中，X为仿射线性变换模块的输入信息，Y为仿射线性变换模块的输出信息，C为线性变换矩阵，b为平移矢量；一个子衍射器件实现一个输入像元到一个输出像元的衍射功能。

基于上述方法，以仿射线性变换模块中对应的输入图像的像元大小作为基本单位，每个子衍射器件对应一个像元，单独控制各个子衍射器件对每个输入像元入射光的衍射作用，利用衍射现象可以改变入射光束的出射角的原理，分别控制各个像元出射光束的偏转，并通过阵列的形式完成二维输入与输出的映射，进而实现基于衍射器件阵列光交换的全光仿射线性变换。

由于衍射器件的效率不为100%，上述方案中必然存在串音干扰，为了解决这一问题，所述步骤4中，在傅里叶透镜的后焦面上添加透过率控制模块来处理输出图像，该透过率控制模块由第二空间光调制器构成，并按照A、B两种方式对每个像元的透过率进行控制：

方式A：如果该像元中没有有用信号，则透过率为0；