[發(fā)明專利]一種像場彎曲的數(shù)值校正方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710019086.2
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101201582A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙建林;邸江磊;孫偉偉;姜宏振;閆曉博;楊德興
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04;G06T5/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字全息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字全息顯微術(shù)中像場彎曲的數(shù)值校正方法。

背景技術(shù)

數(shù)字全息技術(shù)以固體成像器件CCD(Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件)或CMOS(Complementary?Metal-Oxide?Semiconductor，金屬氧化物半導體)替代傳統(tǒng)的銀鹽干板來記錄全息圖，通過計算機數(shù)值模擬數(shù)字全息圖的衍射再現(xiàn)過程，利用快速傅里葉變換算法及頻譜濾波處理等手段獲得物光波場的振幅和相位信息，實現(xiàn)三維物光波場重構(gòu)，避免了傳統(tǒng)的濕化學處理過程，具有快速，實時等優(yōu)點。將該技術(shù)與光學顯微術(shù)相結(jié)合，不僅可以對振幅型樣品成像，而且無需經(jīng)過染色處理即可以直接對相位型樣品成像，獲得其三維相位分布。不過，在顯微成像過程中，顯微物鏡會使再現(xiàn)像產(chǎn)生像場彎曲，影響數(shù)值再現(xiàn)結(jié)果的相位分布。針對這一問題，Cuche等提出了利用單幅全息圖對像場彎曲進行校正的數(shù)值方法(CucheE，Marquet?P，Depeursinge?C.Simultaneous?amplitude-contrast?and?quantitative?phase-contrastmicroscopy?by?numerical?reconstruction?of?Fresnel?off-axis?holograms.Appl.Opt.，1999，38(34)：6994～7001)，F(xiàn)erraro等提出一種類似二次曝光法的像場彎曲校正方法(Ferraro?P，DeNicola?S，F(xiàn)inizio?A?et?al..Compensation?of?the?inherent?wave?front?curvature?in?digital?holographic?coherentmicroscopy?for?quantitative?phase-contrast?imaging.Appl.Opt.，2003，42(11)：1938～1946)，Miccro等提出利用澤尼克多項式的二維擬合方法以消除數(shù)值再現(xiàn)像的像場彎曲(Miccio?L，Alfieri?D，Grilli?S?et?al..Direct?full?compensation?of?the?aberrations?in?quantitative?phase?microscopy?of?thinobjects?by?a?single?digital?hologram.Appl.?Phys.Lett.，2007，90(4)：041104)。然而，Cuche的方法需要逐步調(diào)整校正參數(shù)，難以保證最終實驗結(jié)果的可靠性，F(xiàn)erraro的方法主要針對利用反射式光路測量MEMS器件的過程，在后續(xù)的相位去包裹運算中會引入誤差，Miccro的方法需要經(jīng)過多次計算，運算過程較為繁瑣、復雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能有效消除數(shù)字全息顯微術(shù)中的像場彎曲的不足，本發(fā)明提出數(shù)字全息顯微術(shù)中一種基于曲面擬合的像場彎曲的數(shù)值校正方法，主要是在全息圖數(shù)值再現(xiàn)過程中采用曲面擬合的思想利用計算機通過數(shù)值方法校正數(shù)字全息顯微術(shù)中的像場彎曲，獲得理想的無像差的數(shù)值再現(xiàn)像。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

1.對數(shù)字全息圖進行數(shù)值重建，并進行相位去包裹運算；

2.對相位去包裹之后的結(jié)果進行一次擬合；

3.根據(jù)一次擬合效果對相位去包裹之后的結(jié)果進行二次擬合，得到理想的無像差的再現(xiàn)結(jié)果。

所述步驟1包含以下步驟：

a.針對數(shù)字全息顯微術(shù)中所拍攝的數(shù)字全息圖，對其進行數(shù)值重建：

b.對數(shù)值重建結(jié)果進行相位去包裹運算，得到包含有像場彎曲的波前相位分布矩陣P_i″{x_i″，y_i″，z_i″}₁ⁿ，其中，x″，y″分別為波前相位分布矩陣中垂直于光軸方向的采樣點的位置坐標，z″為此矩陣中采樣點的相位值坐標。

所述步驟2包含以下步驟：

a.根據(jù)所使用CCD的型號，確定波前相位分布矩陣中垂直于光軸方向的采樣點的橫向位置，即波前相位分布矩陣中位置坐標x″，y″的橫向位置x′，y′，其中，x′＝x″×Δx，y′＝y(tǒng)″×Δy，Δx和Δy分別為CCD的橫向和縱向像素尺寸；

b.根據(jù)記錄全息圖的激光器波長，確定波前相位分布矩陣中沿光軸方向的采樣點的縱向位置，即波前相位分布矩陣中相位值坐標z″的縱向位置z′，其中z′＝z″×λ/2π，λ為激光波長；