[發(fā)明專利]一種基于可變光瞳的高分辨率光學(xué)掃描全息切片成像方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210422643.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102920438A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐海燕;王秉中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00;G03H1/12
• 代理公司: 成都頂峰專利事務(wù)所(普通合伙) 51224
• 代理人: 成實(shí)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)掃描領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種基于可變光瞳的高分辨率光學(xué)掃描全息切片成像方法。?

背景技術(shù)

光學(xué)掃描全息技術(shù)，簡(jiǎn)稱OSH，是一種基于菲涅爾波帶板掃描的非傳統(tǒng)成像技術(shù)，即通過(guò)二維光學(xué)掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高分辨率三維成像，它在生物醫(yī)學(xué)成像、熒光物體成像、三維全息電視系統(tǒng)以及光學(xué)遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。?

而通過(guò)光學(xué)掃描全息技術(shù)獲得的二維全息圖，包含了物體完整的三維信息，因此在光學(xué)掃描全息技術(shù)中對(duì)物體全息圖的一個(gè)重要分析處理步驟就是物體的切片成像，即物體任意二維切面的圖像重構(gòu)。而物體任意二維切面圖像重構(gòu)中的難點(diǎn)在于如何消除來(lái)自物體其他層面的噪聲，即離焦噪聲。切片成像是一個(gè)典型的圖像處理中的逆問(wèn)題，同時(shí)也是一個(gè)不適定問(wèn)題。?

文獻(xiàn)‘Optical?Scanning?Holography?with?MATLAB’提出了一種傳統(tǒng)的切片成像方法，即用物體的全息圖與待重構(gòu)切片處的菲涅爾波帶板共軛進(jìn)行卷積運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)切片成像，但由于無(wú)法消除隔離噪聲，因此其應(yīng)用受到極大的制約。?

文獻(xiàn)‘Three-dimensional?microscopy?and?sectional?image?reconstruction?using?optical?scanning?holography’介紹了一種逆成像算法，此迭代算法能夠?qū)崿F(xiàn)軸向分辨率為1毫米左右的切片成像，并能有效抑制離焦噪聲，但其無(wú)法在更小的軸向尺寸下實(shí)現(xiàn)良好成像。?

文獻(xiàn)‘Depth?resolution?enhancement?in?optical?scanning?holography?with?a?dual-wavelength?laser?source’提出了一種利用雙波長(zhǎng)激光器提高切片成像軸向分辨率的方法，其利用輸出波長(zhǎng)分別為632nm和543nm的激光器，獲取兩組物體全息圖，進(jìn)而將軸向分辨率提高至2.5微米左右，但由于在光學(xué)系統(tǒng)中同時(shí)工作的兩個(gè)不同波長(zhǎng)引入了較大的噪聲，導(dǎo)致其實(shí)用性受到極大限制。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于降低切片成像中的離焦噪聲，提出一種基于可變光瞳的高分辨率光學(xué)掃描全息切片成像方法，利用兩個(gè)不同的菲涅爾波帶板對(duì)同一個(gè)待測(cè)物體進(jìn)行掃描，獲取兩組全息圖，從而為切片成像這一不適定逆問(wèn)題引入了更多的線性方程組，實(shí)現(xiàn)及高分辨率的切片成像。?

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：?

一種基于可變光瞳的高分辨率光學(xué)掃描全息切片成像方法，包括以下步驟：

（1）第一偏振分束器將同一光源發(fā)出的光分為兩束，第一束光通過(guò)第一光瞳形成平面波，第二束光經(jīng)過(guò)聲光調(diào)制器產(chǎn)生?的平移后再通過(guò)第二光瞳形成球面波，將平面波和第一球面波通過(guò)第二偏振分束器聚光，聚合后在待測(cè)物體上產(chǎn)生干涉形成第一菲涅爾波帶板；

（2）利用二維掃描鏡控制第一菲涅爾波帶板的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物體的第一次二維掃描，得到包含切片信息的第一矩陣方程；

（3）調(diào)節(jié)空間光調(diào)制器的電壓，使第二光瞳產(chǎn)生偏移；

（4）第一偏振分束器將同一光源發(fā)出的光分為兩束，第一束光通過(guò)第一光瞳形成球面波，第二束光通過(guò)聲光調(diào)制器產(chǎn)生的平移后再通過(guò)偏移后的第二光瞳形成第二球面波，將平面波和第二球面波通過(guò)第二偏振分束器聚光，聚合后再待測(cè)物體上產(chǎn)生干涉形成第二菲涅爾波帶板；

（5）利用二維掃描鏡控制第二菲涅爾波帶板的偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物體的第二次二維掃描，得到包含切片信息的第二矩陣方程；

（6）將第一矩陣方程和第二矩陣方程整合，使切片成像過(guò)程轉(zhuǎn)化為一個(gè)最小線性方程，并且根據(jù)共軛梯度算法，求解出切片信息。

其中，所述步驟（1）中所述第一菲涅爾波帶板為：?

????????????????????????（1）

其中x,?y,?z代表空間坐標(biāo)，k為光的波數(shù)，z為待測(cè)物體到二維掃描鏡的距離。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中待測(cè)物體為兩個(gè)離散切片的集合，兩個(gè)切片的軸向位置分別為和，因此得到第一矩陣方程的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：?

（2a）將待測(cè)物體進(jìn)行第一次二維掃描，得到第一二維全息圖：

????（2）

其中復(fù)函數(shù)為該待測(cè)物體的幅度信息，同時(shí)*代表二維卷積；

（2b）將菲涅爾波帶板在和處的值分別轉(zhuǎn)換為矩陣和；

（2c）將第一二維全息圖與矩陣和結(jié)合起來(lái)得到第一矩陣方程：