[发明专利]一种高维涡旋光束拓扑荷值的检测方法

说明书

本发明公布了一种高维涡旋光束拓扑荷值的检测方法，该方法包括：分别找到待测图像左右两半部分光强最大值点，并将两这点做连线；遍历直线上所有像素点的光强；寻找峰值，数出峰值的个数加一就是要测量的涡旋光束的拓扑荷数。本发明相对于人眼观测，可以大量节约时间成本，能够快速准确地测量出涡旋光束的拓扑荷。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种高维涡旋光束拓扑荷值的检测方法。

背景技术

涡旋光束表达式中含有exp(ilθ)项，其中l称为拓扑荷数。高维涡旋光束可能会在电磁散射显著增强中起着重要角色因为电子涡旋携带的磁矩和轨道角动量成正比。目前有很多测量涡旋光束拓扑荷值的方法，例如论文“Measuring the topological charge ofan optical vortex by using a tilted convex lens” 【Phys. Lett. A. 377 (15),1154-1156 (2013)】倾斜透镜形成亮暗条纹测量拓扑荷，但是对于几十个拓扑荷值的高维涡旋光，以人眼观察会带来不便，不能达到很高的速度要求。“涡旋光束拓扑荷数测量研究”【电子科技大学, 2015】采用了基于环带傅里叶变换法的机器识别方法测量拓扑荷数，但是利用环带傅里叶变换测量涡旋光束拓扑荷数原理及装置本身相较于倾斜透镜法测量拓扑荷数具有复杂性，而且待测图像需要二值化处理，阈值选定问题和寻找图像圆环中心过程较为繁琐；

分析可知，现有的文献缺少针对高维涡旋光束拓扑荷数的快速检测方法，这是高维涡旋拓扑荷数测量亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是解决人眼检测高维涡旋光束拓扑荷值不便的问题，提供一种基于图像处理倾斜透镜后的涡旋光束光斑的算法，实现对高维涡旋光束拓扑荷值的测量，具有简单、快速、准确的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

分别找到待测图像左右两半部分光强最大值点，并将这两点做连线。

遍历直线上所有像素点的光强。

寻找峰值，数出峰值的个数加一就是要测量的涡旋光束的拓扑荷数。

具体地，所述分别找到待测图像左右两半部分光强最大值点，并将这两点做连线包括：

待测图像由倾斜9°的焦距为30cm的平凸透镜得到并且光束分析仪距透镜距离为f*Z_c/(Z_c-f );

其中，f为平凸透镜焦距，Z_c为激光从腔到平凸透镜所走过的光程。

对待测图像进行灰度处理，得到图像尺寸为[m,n]。

其中，m为图像纵向高度上的像素值，n为图像横向宽度上的像素值。

将待测图像按列分为左[:,1:n/2] (即第1列到第n/2列的所有行元素矩阵)、右[:,n/2+1:n] (即第n/2+1列到第n列所有行元素矩阵)两半部分。

在待测图像区域[:,1:n/2]内寻找最大值点坐标(x1,y1),在待测图像区域[:,n/2+1:n]内寻找最大值点坐标(x2,y2),对(x1,y1)和(x2,y2)两个点做一条直线，求出直线参数k=(y2-y1)/(x2-x1),b=y1-k*x1。

其中，k为所求直线斜率，b为所求直线在y轴上的截距。

具体地，所述遍历直线上所有像素点的光强包括：