，系統(tǒng)龐大。
[0011]中國專利文獻(xiàn)CN102621546A公開了一種基于關(guān)聯(lián)成像的三維信息獲取方法，利用 光源發(fā)出探測光，探測光經(jīng)過空間光調(diào)制器處理后投射至目標(biāo)物體，檢測來自目標(biāo)物體的 反射光，并由預(yù)處理單元進(jìn)行兩次調(diào)制，分別進(jìn)行存儲，經(jīng)過對緩存器中存儲的隨機(jī)圖像和 調(diào)制后的光強(qiáng)信息進(jìn)行計算，從而獲得目標(biāo)物體的三維信息。本發(fā)明提出基于關(guān)聯(lián)成像的 二維?目息獲取方法，對于二維物體，在獲取光強(qiáng)?目號列之后，對其進(jìn)行調(diào)制，僅需要兩次二 維信息的計算就可以獲得三維信息，適用于遠(yuǎn)距離、快速的三維信息獲取。
[0012] 中國專利文獻(xiàn)CN102062861A公開了一種基于單探測器關(guān)聯(lián)成像原理的三維成像 方法。由數(shù)字處理器控制脈沖激光器發(fā)出脈沖光，經(jīng)過光學(xué)處理后成為空間模式已知的脈 沖光照射在空間光調(diào)制器上，空間光調(diào)制器給入射的脈沖光產(chǎn)生一個偽隨機(jī)附加相位，該 偽隨機(jī)相位分布是已知的并已經(jīng)存儲供數(shù)字處理器后續(xù)處理。脈沖光經(jīng)過空間光調(diào)制器后 通過一個照明擴(kuò)束系統(tǒng)，照射到目標(biāo)上被反射后由聚光透鏡收集到高速單點(diǎn)光強(qiáng)探測器 上。探測器信號經(jīng)過A/D變換后傳輸?shù)綌?shù)字處理器。經(jīng)過多次探測后，數(shù)字處理器將收集到 的信息和已存儲的偽隨機(jī)分布相位進(jìn)行處理，最終產(chǎn)生一幅三維圖像。
[0013] 上述兩篇專利均采用相位迭代方法獲得物體的三維信息，需對脈沖光加入一個偽 隨機(jī)相位，在多次測量后，對數(shù)據(jù)處理時需要復(fù)雜運(yùn)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種采用單像素桶探測器的數(shù)字全息幻影成 像系統(tǒng)；
[0015] 本發(fā)明還提供了上述數(shù)字全息幻影成像系統(tǒng)的工作方法；
[0016] 本發(fā)明采用光尋址空間光調(diào)制器作為全息圖像與幻影成像之間的中間轉(zhuǎn)換器件， 待成像物體的全息圖作為寫入光直接寫入光尋址空間光調(diào)制器;本發(fā)明采用可以動態(tài)刷 新、攜帶有參考矩陣編碼信息的結(jié)構(gòu)光作為光尋址空間光調(diào)制器的讀出光讀出全息圖像， 并由單像素桶探測器探測其光強(qiáng);該光強(qiáng)信號與參考矩陣進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算，經(jīng)由計算幻影成 像算法得到目標(biāo)物體的全息圖像;在得到該全息圖像后，再根據(jù)數(shù)字全息成像再現(xiàn)算法得 到物體的三維像。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0018] -種采用單像素桶探測器的數(shù)字全息幻影成像系統(tǒng)，包括數(shù)字全息記錄單元、全 息圖寫入/讀出單元、計算幻影成像單元及系統(tǒng)控制與信號處理單元，所述數(shù)字全息記錄單 元、所述全息圖寫入/讀出單元、所述計算幻影成像單元依次連接；
[0019] 所述全息圖寫入/讀出單元包括光尋址空間光調(diào)制器、分束器；
[0020] 所述數(shù)字全息記錄單元用于:實(shí)現(xiàn)物光波與相干參考光波之間的干涉，產(chǎn)生待成 像物體的全息圖；所述光尋址空間光調(diào)制器用于:接收待成像物體的全息圖；所述計算幻影 成像單元用于:讀出所述全息圖寫入/讀出單元中的全息圖，并采用計算幻影成像算法重建 全息圖；所述系統(tǒng)控制與信號處理單元用于:控制和驅(qū)動所述數(shù)字全息記錄單元、所述全息 圖寫入/讀出單元、所述計算幻影成像單元。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述計算幻影成像單元包括光源、照明光路、電尋址空間光調(diào) 制器、探測光路及單像素桶探測器，所述光源、所述照明光路、所述電尋址空間光調(diào)制器、所 述全息圖寫入/讀出單元依次連接，所述全息圖寫入/讀出單元、所述探測光路、所述單像素 桶探測器、所述系統(tǒng)控制與信號處理單元依次連接；
[0022] 所述光源發(fā)出的光波經(jīng)過所述照明光路后投射到所述電尋址空間光調(diào)制器上，所 述系統(tǒng)控制與信號處理單元驅(qū)動所述電尋址空間光調(diào)制器，將預(yù)先生成的編碼矩陣或隨機(jī) 矩陣信號序列依次加載到所述電尋址空間光調(diào)制器上，所述電尋址空間光調(diào)制器對投射到 其上的光波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生讀出光波，讀出待成像物體的全息圖;所述單像素桶探測器探測 其光強(qiáng);該光強(qiáng)信號與編碼矩陣或隨機(jī)矩陣進(jìn)行關(guān)聯(lián)運(yùn)算，經(jīng)由計算幻影成像算法得到目 標(biāo)物體的全息圖像。
[0023] 所述單像素桶探測器是不具有空間分辨能力的只有單一接收單元的光電探測器， 包括具有不同光譜相應(yīng)的窄帶或?qū)拵Ч怆娞綔y器，用以探測讀出全息圖的強(qiáng)度或能量。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述光尋址空間光調(diào)制器為硫化鎘空間光調(diào)制器、氫化非晶 硅/鐵電液晶空間光調(diào)制器、BS0空間光調(diào)制器或能夠完成上述寫入/讀出轉(zhuǎn)換功能的其它 器件。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，當(dāng)所述光尋址空間光調(diào)制器的寫入/讀出方式為反射式時，所 述數(shù)字全息記錄單元、所述光尋址空間光調(diào)制器、所述分束器、所述探測光路依次連接，所 述電尋址空間光調(diào)制器連接所述分束器；當(dāng)所述光尋址空間光調(diào)制器的寫入/讀出方式為 透射式時，所述數(shù)字全息記錄單元、所述分束器、所述光尋址空間光調(diào)制器、所述探測光路 依次連接，所述電尋址空間光調(diào)制器連接所述分束器。
[0026] 當(dāng)所述光尋址空間光調(diào)制器的寫入/讀出方式為透射式時，由所述光源發(fā)出的光 波必須與相干光源發(fā)出的光波不相干，以免發(fā)生干涉對所述待成像物體的全息圖的記錄產(chǎn) 生影響；同時，為了避免物光波及參考光波透過所述光尋址空間光調(diào)制器時與讀出光發(fā)生 串?dāng)_，可以使用不同波長的光波并利用濾光片消除串?dāng)_，也可以使用不同偏振態(tài)的光波并 利用偏振器件消除串?dāng)_。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述數(shù)字全息記錄單元包括待成像物體、相干光源及記錄光 路，所述待成像物體、所述相干光源分別連接所述記錄光路，所述記錄光路連接所述全息圖 寫入/讀出單元；
[0028] 所述相干光源發(fā)出相干光波，相干光波經(jīng)由所述待成像物體和記錄光路得到物光 波和參考光波，物光波和參考光波在所述光尋址空間光調(diào)制器的寫入面上交疊干涉，形成 干涉圖樣，干涉圖樣作為所述待成像物體的全息圖寫入到所述光尋址空間光調(diào)制器中。
[0029] 上述數(shù)字全息幻影成像系統(tǒng)的工作方法，具體步驟包括：
[0030] A、執(zhí)行步驟(1)及步驟(2)N次，完成N次探測
[0031] (1)全息圖的產(chǎn)生與寫入
[0032] a、所述相干光源發(fā)出相干光波，相干光波經(jīng)由所述待成像物體和記錄光路得到物 光波〇(x，y)和參考光波R(x，y);
[0033] b、物光波0(x，y)和參考光波R(x，y)在所述光尋址空間光調(diào)制器的寫入面上交疊 干涉，形成強(qiáng)度分布為lH(x，y)的干涉圖樣，如式(I)所示：
[0034] lH(x，y)= |〇(x，y) |2+|R(x，y) |2+0*(x，y)R(x，y)+0(x，y)R*(x，y) (I)
[0035]式（I)中，0*(x，y)及R*(x，y)分別為 0(x，y)及R(x，y)的復(fù)共輒。
[0036] c、基于所述光尋址空間光調(diào)制器的電光或磁光物理特性，干涉圖樣IH(x，y)作為 所述待成像物體的全息圖寫入到所述光尋址空間光調(diào)制器中；所述光尋址空間光調(diào)制器進(jìn) 行一次完整全息記錄過程的時間為Το，Το的求取公式如式（Π )所示：
[0037] To = Tou+Tos+Tod (II)
[0038] 式（Π )中，Του為所述光尋址空間光調(diào)制器的寫入響應(yīng)時間，TQD為所述光尋址空間 光調(diào)制器的擦除響應(yīng)時間，Tos是全息圖IH(x，y)在所述光尋址空間光調(diào)制器中的穩(wěn)定保持 時間；在對所述待測物體進(jìn)行一次完整全息記錄過程中，應(yīng)滿足全息記錄所需的穩(wěn)定條件， 即在時間Το內(nèi)干涉條紋的抖動幅度不超過其最小條紋間距的1/4。
[0039] (2)全息圖的讀出與數(shù)字全息計算幻影成像信息采集
[0040] d、在所述計算幻影成像單元中，所述光源發(fā)出的光波經(jīng)過所述照明光路后投射到 所述電尋址空間光調(diào)制器上，設(shè)定投射到所述電尋址空間光調(diào)制器上的光波為RE(x，y);
[0041] e、所述系統(tǒng)控制與信號處理單元驅(qū)動所述電尋址空間光調(diào)制器，所述系統(tǒng)控制與 信號處理單元將預(yù)先生成的編碼矩陣或隨機(jī)矩陣信號序列1(1，7)依次加載到所述電尋址 空間光調(diào)制器上，η = 1，2，···Ν;
[0042] f、在編碼矩陣或隨機(jī)矩陣信號的驅(qū)動下，所述電尋址空間光調(diào)制器對投射到其上 的光波RE(x，y)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生用于讀出全息圖的讀出光波％,乂^)如式ΟΠ )所示：
[0043] R'E,n(x，y) =aRE(x，y)Mn(x，y) (III)
[0044] 式(ΙΠ )中，a為所述電尋址空間光調(diào)制器的調(diào)制效率；
[0045] g、讀出光波經(jīng)自由空間傳播或經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)傳播到達(dá)所述光尋址空間光 調(diào)制器的讀出面上，讀出寫入其內(nèi)的所述待成像物體的全息圖lH(x，y);設(shè)到達(dá)所述光尋址 空間光調(diào)制器的讀出面上的光波為^^^，^七^由^心…采用光波衍射理論計 算得到，如式(IV)所示：
[0046] R〃E,n(x，y) =R'E,n(x，y)*h(x，y) (IV)
[0047] 式(IV)，h(x，y)為光波衍射傳播點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，*是卷積運(yùn)算符；
[0048] h、光波R〃E,n(x，y)從所述光尋址空間光調(diào)制器中讀出全息圖時被全息圖IH(x，y) 調(diào)制，被全息圖lH