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光折变晶体体全息识别系统相关峰均匀性及小型化的研究

作　者: 袁威
导　师: 王彪
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 掺杂铌酸锂晶体体全息存储系统热固定相关识别局域体全息
分类号: O438.1
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

体全息相关识别技术是一种可快速识别海量图像数据的技术,在军事制导及目标识别等方面有着重要的研究价值及应用前景。本文主要以掺杂铌酸锂晶体为存储介质,进行基于光折变体全息的小型化识别系统的研究,在已有的理论和研究基础上,研制小型、高性能的体全息识别系统,推进体全息识别系统的实用化进程。本文基于耦合波理论,以铌酸锂晶体为存储介质,研究了角度复用存储时,自衍射增强效应对衍射效率均匀性的影响,并进一步分析了衍射效率和角度的关系。在此基础上,综合考虑角度和擦除作用对衍射效率的影响,为实现等衍射效率的多幅图像存储提供了理论依据。提出对以识别为目的的体全息存储,存储时间较短,在特定的实验配置下,角度的影响和擦除的影响相当,可以通过等时曝光实现多幅图像的等衍射效率存储,从而获得有利于正确识别的均匀衍射峰序列。本文以掺铁铌酸锂晶体为存储介质进行了实验研究,在等时曝光条件下获得了衍射效率均匀的衍射相关峰序列。为了使识别系统高效、稳定,研制了识别系统中图像存储的自动控制系统,通过对复用角度、曝光时间、更换图像的时间、位移平台的延迟时间等自动存储的参数的设置,使识别系统存储图像过程完全自动进行。体全息识别过程是基于衍射峰的强度特征进行,而传统采用的直接识别方法很难进行准确的识别,本论文采用模板识别方法和非固定模板识别方法,大大提高了系统的识别准确率。本文研制出尺寸为350×200×70mm~3的分离式小型化识别系统,可选择透射式和反射式方式进行存储,并实现了单点2010幅图像的并行准确识别。为了解决图像库的使用寿命问题,进一步研究了小型化系统热固定性能,实现了存储图像的长期保存。在小型化识别系统中加装存储介质转动平台,采用反射式存储光路,在盘式晶体中存储了10000幅图像;并设计了实时图像采集系统,采用统一的特征值进行识别,初步实现了25幅人脸图片的实时识别,进一步促进了识别系统的实用化;为了进一步增大此识别系统的应用领域,我们通过加装凹透镜和聚焦透镜,初步实现了三维物体的识别。为了可选择地对识别模板进行擦除修改,本文对局域体全息存储技术进行初步探索。把全息图存储在记录介质中彼此分离的条状区域内,从而避免由于全息图像在存储介质内的交叠,造成的擦除图像与库中图像相互关联的不利影响,实现了库内数据的选择性擦除。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-23
  1.1 课题的来源及研究的目的和意义  14-15
  1.2 光折变体全息存储和识别的研究进展  15-20
  1.3 光折变体全息存储材料  20-22
  1.4 本课题的主要研究内容  22-23
第2章光折变晶体全息存储性能  23-43
  2.1 光折变效应  23-30
    2.1.1 光致电荷输运  23-27
    2.1.2 光折变特性  27-30
  2.2 体全息耦合波理论  30-35
    2.2.1 耦合波理论  30-33
    2.2.2 动态耦合波理论  33-35
  2.3 Zn:Fe:LiNbO_3晶体材料的性能  35-42
    2.3.1 二波耦合指数增益系数的测试  35-39
    2.3.2 抗光折变性能实验  39-41
    2.3.3 Zn:Fe:LiNbO_3:晶体的全息存储性能  41-42
  2.4 本章小结  42-43
第3章固定对衍射特性的影响  43-58
  3.1 光栅的固定方法  43-49
    3.1.1 In:Ce:Cu:LiNbO_3晶体的热固定  43-46
    3.1.2 In:Ce:Cu:LiNbO_3晶体的双光子固定  46-49
  3.2 固定对衍射光强的影响  49-54
    3.2.1 衍射光强的普遍解  49-51
    3.2.2 衍射光强特性  51-54
  3.3 非对易衍射验证实验  54-57
    3.3.1 晶体中调制光栅影响衍射光强实验  54-55
    3.3.2 热固定影响衍射峰强度均匀性实验  55-57
  3.4 本章小结  57-58
第4章衍射峰强度的均匀性  58-71
  4.1 衍射效率的变化特性  58-60
  4.2 角度对衍射效率影响的数值分析  60-65
    4.2.1 一维记录光路中的角度影响  60-62
    4.2.2 二维记录光路中的角度影响的数值分析  62-65
  4.3 识别存储中曝光机制的确定  65-69
    4.3.1 光束相交平面和c轴共面的曝光机制  65-67
    4.3.2 复用参考光偏离c轴和信号光平面的曝光机制  67-69
  4.4 识别存储中的等衍射效率实验  69-70
  4.5 本章小结  70-71
第5章基于衍射峰特征的小型化识别系统  71-112
  5.1 光学模式识别介绍  71-72
  5.2 体全息相关识别原理  72-75
  5.3 小型化相关识别系统的整体结构  75-88
    5.3.1 小型化识别系统光路设计  75-77
    5.3.2 单元器件的介绍  77-78
    5.3.3 小型化识别系统的性能  78-80
    5.3.4 小型化识别系统的控制系统  80-83
    5.3.5 识别系统中输入图像的数字处理  83-88
  5.4 小型化相关识别系统的实验研究  88-103
    5.4.1 识别系统的直接识别  88-90
    5.4.2 体全息模板识别方法  90-92
    5.4.3 非固定模板识别方法的研究  92-94
    5.4.4 衍射峰质量的优化  94-98
    5.4.5 同一体积内的大量图像存储及识别  98-99
    5.4.6 存储图像的热固定  99-102
    5.4.7 反射式方式存储及识别  102-103
  5.5 小型化系统的其它方式识别  103-111
    5.5.1 大容量盘式体全息存储及识别  103-105
    5.5.2 小型化系统的实时识别  105-109
    5.5.3 三维物体识别  109-111
  5.6 本章小结  111-112
第6章小型化系统的局域体全息识别研究  112-126
  6.1 局域体全息技术介绍  112-113
  6.2 局域体全息识别系统的研究  113-122
    6.2.1 双光子存储及识别  113-115
    6.2.2 局域体全息识别系统光路的设计  115-116
    6.2.3 识别原理  116-118
    6.2.4 识别系统的特性  118-120
    6.2.5 局域体全息识别系统的实验研究  120-122
  6.3 局域体全息识别系统的片内复用  122-125
    6.3.1 局域复用的曝光时序  122-125
  6.4 本章小结  125-126
结论  126-127
参考文献  127-136
攻读学位期间发表的学术论文  136-138
致谢  138-139
个人简历  139

光折变晶体体全息识别系统相关峰均匀性及小型化的研究

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