一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法及其電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字全息圖處理領(lǐng)域，具體說的是一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法 及其電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字全息技術(shù)是一種采用電荷禪合元件等光電探測(cè)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的記錄干板記 錄=維物體的光波的振幅和位相分布，通過將上述記錄的=維物體的物光波衍射信息中的 物光和參考光波的干設(shè)圖樣經(jīng)采集卡A/D轉(zhuǎn)換后，W數(shù)字全息圖的形式存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)，通 過計(jì)算機(jī)模擬光學(xué)衍射過程在計(jì)算機(jī)的虛擬空間中重建物光場(chǎng)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物體的全息 再現(xiàn)和處理，數(shù)字與傳統(tǒng)光學(xué)全息相比具有制作成本低、成像速度快，記錄和再現(xiàn)靈活的特 點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字全息技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)的，由于在離軸數(shù)字全息系 統(tǒng)記錄過程中加入了參考光波進(jìn)行調(diào)制，其數(shù)字重建像中將包含零級(jí)像和±1級(jí)衍射像， 零級(jí)像光強(qiáng)比±1級(jí)衍射像光強(qiáng)大得多，對(duì)衍射像形成很強(qiáng)的干擾，降低了原始物光場(chǎng)的 數(shù)字再現(xiàn)質(zhì)量；為了提高數(shù)字再現(xiàn)像質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)的離軸數(shù)字全息系統(tǒng)在數(shù)字重建前都 會(huì)先進(jìn)行零級(jí)像抑制處理，常用的零級(jí)像抑制處理方法有：（1)物光及參考光強(qiáng)度分布直 接消除法；（2)參考光一次任意相移法；（3)等步長(zhǎng)相移法等。
[0004] 眾所周知FIR濾波器可W做成嚴(yán)格線性相位，又可W具有任意的幅度特性，并且 FIR濾波器的單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因此一定是穩(wěn)定的。利用FIR濾波器抑制離軸數(shù)字 全息圖中零級(jí)像，只需對(duì)一幅數(shù)字全息圖用數(shù)字圖像處理方法在空域進(jìn)行預(yù)處理，算法簡(jiǎn) 單，且對(duì)重建像質(zhì)量具有明顯改善作用。 陽(yáng)0化]基于軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字全息技術(shù)，其數(shù)據(jù)處理速度慢，同時(shí)又會(huì)喪失信息光學(xué)固有 的并行處理能力，而基于PC機(jī)的硬件平臺(tái)又無法滿足數(shù)字全息系統(tǒng)智能化、小型化、輕型 化的應(yīng)用發(fā)展需求。因此，有必要提供一種能夠滿足數(shù)字全息圖零級(jí)像抑制的實(shí)時(shí)濾波需 求，同時(shí)改善由軟件實(shí)現(xiàn)所喪失的信息光學(xué)固有的并行處理能力的零級(jí)像抑制方法及其電 路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法及其電 路，滿足數(shù)字全息圖零級(jí)像抑制的實(shí)時(shí)濾波需求，且同時(shí)具備并行處理能力。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] 提供一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法，包括：
[0009] 獲取數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)；
[0010] 依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)進(jìn)行帖窗口劃分，獲取帖窗口數(shù)據(jù)；
[0011] 依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述帖窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行像素窗口劃分，獲取全息圖像素?cái)?shù)據(jù)；
[0012] 依據(jù)濾波器的系數(shù)，對(duì)所述二維全息圖像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行卷積和運(yùn)算，并輸出運(yùn)算結(jié) 果。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)基于微機(jī)的程序軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)字全息 圖零級(jí)像抑制的方式中，存在數(shù)據(jù)處理速度慢、不具實(shí)時(shí)性，信息光學(xué)固有的并行處理能力 喪失等不足。本發(fā)明提供一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法及其電路，基于像素?cái)?shù)據(jù)處理 器和濾波器電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字全息圖像的零級(jí)像抑制處理過程，通過上述硬件電路方式實(shí)現(xiàn)零 級(jí)像抑制處理，顯著提高了圖像的處理效率，使其具備實(shí)時(shí)性；同時(shí)又能恢復(fù)信息圖像的并 行處理能力。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法的流程方框圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法的流程方框圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中卷積和運(yùn)算的流程方框圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)方框圖；
[0018] 圖5為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中零級(jí)像抑制電路的結(jié)構(gòu)方框圖；
[0019] 圖6為本發(fā)明一【具體實(shí)施方式】中零級(jí)像抑制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例S中離軸數(shù)字全息的記錄過程光路圖；
[0021] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例=的零級(jí)像濾波過程示意圖。 陽(yáng)0巧標(biāo)號(hào)說明：
[0023] 1、DSP主控處理器；2、零級(jí)像抑制電路；3、圖像傳感器CCD;
[0024] 21、像素?cái)?shù)據(jù)處理器；22、濾波器電路；23、緩沖存儲(chǔ)器；
[00巧]211、串入并出模塊；212、像素?cái)?shù)據(jù)刷新模塊； 陽(yáng)0%] 221、多相分解模塊；222、分布式算法模塊；223、求和模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，W下結(jié)合實(shí)施方式并配合附 圖予W說明。
[0028] 本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于：基于硬件電路方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字全息圖像的零級(jí)像抑制處 理過程，顯著提高了圖像的處理效率，使其具備實(shí)時(shí)性；同時(shí)又能恢復(fù)信息圖像的并行處理 能力。
[0029] 本發(fā)明設(shè)及的技術(shù)術(shù)語(yǔ)解釋：
[0030]
陽(yáng)0巧請(qǐng)參照?qǐng)DIW及圖2,在此，假設(shè)濾波器的階數(shù)為R*R;
[0033] 本發(fā)明提供一種數(shù)字全息圖的零級(jí)像抑制方法，包括：
[0034] 獲取數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)；
[0035] 依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)進(jìn)行帖窗口劃分，獲取帖窗口數(shù)據(jù)；
[0036] 依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述帖窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行像素窗口劃分，獲取全息圖像素?cái)?shù)據(jù)；
[0037] 依據(jù)濾波器的系數(shù)，對(duì)所述二維全息圖像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行卷積和運(yùn)算，并輸出運(yùn)算結(jié) 果。
[0038] 從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于：通過硬件電路方式將數(shù)字全息圖數(shù)據(jù) 依據(jù)濾波器的階數(shù)依次轉(zhuǎn)換成帖窗口數(shù)據(jù)和像素窗口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了將一維的全息圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為二維的全息圖像素?cái)?shù)據(jù)；再通過濾波器對(duì)二維的全息圖像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行卷積和濾波處 理，濾波處理后輸出的全息圖數(shù)據(jù)降低了數(shù)字再現(xiàn)像中零級(jí)像對(duì)±1級(jí)衍射像的干擾，實(shí) 現(xiàn)了數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)的零級(jí)像抑制，使得最終基于零級(jí)像濾波處理后的數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)而 進(jìn)行的數(shù)字重建能夠獲得更好重建質(zhì)量的原始和共輛像；顯著提高了圖像的處理效率，使 其具備實(shí)時(shí)性；同時(shí)又能恢復(fù)信息圖像的并行處理能力。
[0039] 進(jìn)一步的，所述"依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述帖窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行像素窗口劃分，獲取全 息圖像素?cái)?shù)據(jù)"具體為：
[0040] 獲取一串行的全息圖帖窗口數(shù)據(jù)；
[0041] 依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述一串行的全息圖帖窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行像素窗口劃分，獲取與 濾波器的階數(shù)相對(duì)應(yīng)的并行的全息圖像素?cái)?shù)據(jù)；
[0042] 同步刷新所述像素窗口，獲取所述全息圖數(shù)據(jù)的下一并行的全息圖像素?cái)?shù)據(jù)。
[0043] 由上述可知，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了將串行的全息圖帖窗口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成R個(gè)并行的全息圖 像素?cái)?shù)據(jù)的輸出，并且通過不斷的同步刷新所述像素窗口，實(shí)現(xiàn)了R個(gè)并列像素的同步刷 新；再結(jié)合卷積和運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了將全息圖像素?cái)?shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換成與濾波器系數(shù)相對(duì)應(yīng)的二維 全息圖像素?cái)?shù)據(jù)。
[0044] 請(qǐng)參閱圖3,進(jìn)一步的，所述"依據(jù)濾波器的系數(shù)，對(duì)所述二維全息圖像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行 卷積和運(yùn)算，并輸出運(yùn)算結(jié)果"具體為：
[0045] 對(duì)所述全息圖像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行多相分解計(jì)算，得到各組多相分解后的全息圖數(shù)據(jù)；
[0046] 依據(jù)分布式算法，對(duì)所述各組多相分解后的全息圖數(shù)據(jù)和濾波器的系數(shù)進(jìn)行乘積 和計(jì)算；
[0047] 對(duì)所有所述分布式算法模塊輸出的乘積和進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出計(jì)算結(jié)果。
[0048] 由上述可知，通過多相分解運(yùn)算，能夠有效提高數(shù)據(jù)處理的并行性，提高運(yùn)算速 度；通過分布式算法，能夠減小硬件電路規(guī)模，更易實(shí)現(xiàn)流水線處理，提高電路執(zhí)行速度。 W例進(jìn)一步的，所述"依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)進(jìn)行帖窗口劃分，獲取 帖窗口數(shù)據(jù)"具體為：
[0050] 在緩存區(qū)域中，依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)進(jìn)行帖窗口劃分，獲取 一帖窗口數(shù)據(jù)；
[0051] 輸出所述一帖窗口數(shù)據(jù)；
[0052] 清空所述緩存區(qū)域中的數(shù)據(jù)。
[0053] 由上述可知，所述緩沖區(qū)域的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字全息圖像數(shù)據(jù)的緩存，優(yōu)選采用 先入先出隊(duì)列的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，不僅能提高數(shù)據(jù)緩存的效率，又能有助于像素?cái)?shù)據(jù)處理器 的處理。
[0054] 進(jìn)一步的，所述"依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)進(jìn)行帖窗口劃分，獲取 帖窗口數(shù)據(jù)；依據(jù)濾波器的階數(shù)對(duì)所述帖窗口數(shù)據(jù)進(jìn)行像素窗口劃分，獲取全息圖像素?cái)?shù) 據(jù)"具體為： 陽(yáng)化5] 將所述數(shù)字全息圖數(shù)據(jù)按R列為一帖進(jìn)行帖窗口劃分，帖窗口從左往右移動(dòng)，按 步距為一列的規(guī)律進(jìn)行帖窗口數(shù)據(jù)的更新；
[0056] 對(duì)更新獲取到的帖窗口數(shù)據(jù)按R行*R列為一像素進(jìn)行像素窗口劃分，像素窗口從 上向下移動(dòng)，按步長(zhǎng)為一行的規(guī)律進(jìn)行像素窗口數(shù)據(jù)的更新，獲取對(duì)應(yīng)的全息圖像素?cái)?shù)據(jù)。
[0057] 由上述可知，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了快速將一維的全息圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成與濾波器系數(shù)相對(duì)應(yīng) 的二維的全息圖像素?cái)?shù)據(jù)，顯著提高數(shù)據(jù)處理的并行性。<