[发明专利]基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息单点定位方法

说明书

本发明公开了基于TR‑MUSIC算法的光学扫描全息单点定位方法，解决了现有技术定位精准度不够，以及实现定位方式复杂的问题。本发明首先将激光转化成菲涅尔波带板后扫描物体，得到物体的全息图并将该全息图采用傅里叶变换得到矩阵K；然后通过矩阵K得到物体的时间反演矩阵，并求得其特征值和特征向量，从而将全息图分解为信号子空间和噪声子空间；最后利用有限元法将物体等间距离散化，并将各个单元作为测试目标后求得各个单元作为测试目标时的全息图，再利用全息图噪声子空间与信号子空间的正交性得到物体的成像伪谱，最终得到探测目标的位置信息。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。

技术领域

本发明涉及基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息单点定位方法。

背景技术

光学扫描全息技术，简称OSH，是数字全息技术的一个重要分支。它利用光学扫描技术将物体的3维信息切片储存为2维信息，从而得到物体的全息图。该技术是1979年，Poon和Korpel在研究声光外差图像处理器的时候提出。自该技术提出以来，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。

目前光学扫描全息技术实现起来比较复杂，并且在定位的精准上也有所欠缺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息单点定位方法，实现对单个物体的精准定位，并同时提出了将TR-MUSIC应用到OSH系统中以实现对物体定位的相关理论。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于TR-MUSIC算法的光学扫描全息单点定位方法，包括以下步骤：

步骤1、将激光采用第一偏振分束器分成两束，之后第一束光依次通过第一光瞳和第一凸透镜后投射至第二偏振分束器，第二束光依次通过第二光瞳和第二凸透镜后投射至第二偏振分束器，第二偏振分束器将投射来的两束光聚光干涉形成菲涅尔波带板；

步骤2、首先采用步骤1中获得的菲涅尔波带板对物体进行扫描，然后利用光电探测器接受扫描后的透射光，经过解调后得到物体的切片全息图，最后将全息图采用傅里叶变换后得到矩阵K；

步骤3、通过步骤2中K矩阵得到物体的时间反演矩阵，并求得其特征值和特征向量，从而将全息图分解为信号子空间和噪声子空间；

步骤4、首先利用有限元法将物体等间距离散化，并将各个单元作为测试目标，然后求得各个单元作为测试目标时的全息图，最后利用全息图噪声子空间与信号子空间的正交性得到物体的成像伪谱，最终得到探测目标的位置信息。

进一步地，步骤1中第一光瞳的函数为矩形1函数，第二光瞳的函数为狄拉克δ函数，第一凸透镜和第二凸透镜的焦距相同。

具体地说，步骤1中激光的光学传递函数如下：

将p₁(x,y)＝1和p₂(x,y)＝δ(x,y)代入式(1)中，则式(1)表示为下式：

则式(2)相应的空间冲击响应为：

其中，j表示虚数单位*表示卷积运算，x'和y'分别表示横向和纵向的积分变量，x表示物体的横向坐标，y表示物体的纵向坐标，z表示2D扫描镜到待测物体的距离，表示波数，λ表示光波波长，f表示凸透镜的焦距，k_x和k_y表示频域坐标，p₁(x,y)和p₂(x,y)分别表示第一光瞳和第二光瞳函数。

具体地说，步骤2中所述得到物体切片全息图的关系式如下：