[發明專利]數字全息成像在線重構顯示系統及方法

有效

• 申請號: 201310082100.9
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103186090A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 江竹青;王喆;陳依菲;陶世荃;王大勇;萬玉紅;王云新
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G03H1/12
• 分類號: G03H1/12;G03H1/22
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種數字全息成像系統及方法，更具體地說，本發明涉及一種數字全息成像在線重構顯示系統及其方法。

背景技術

數字全息術是基于光學全息術基本原理，采用光敏電子成像器件代替光學全息記錄材料記錄全息圖，將記錄的全息圖強度信息轉變成為數字信號存入計算機，再利用計算機模擬參考光對全息圖進行再現成像，從而實現全息記錄和成像重構過程的全數字化。離軸菲涅耳數字全息成像技術涉及物體信息記錄過程和物體成像再現過程兩部分。物體信息記錄過程中，物光和參考光干涉后產生干涉條紋，被諸如電荷耦合器件（CCD圖像采集器）的圖像采集器件記錄；物體成像再現過程中，通過計算機數值模擬光學衍射過程，實現物體成像重構。數字全息實驗系統通常只包括用于記錄物體信息的數字全息記錄光路系統，不能在線顯示數字全息成像重構過程及其成像結果。

發明內容

本發明目的在于提供一種具有在線成像重構顯示功能的數字全息成像系統及方法，特別是能夠分步顯示成像重構過程及結果的數字全息成像系統及方法。根據本發明的一種數字全息成像在線重構顯示系統，包括一種離軸菲涅耳數字全息記錄光路、一種儀器控制單元、以及一種成像重構顯示單元。儀器控制單元用于控制離軸菲涅耳數字全息記錄光路記錄數字全息圖，所記錄的數字全息圖送到成像重構顯示單元進行計算處理，重構并顯示出物體的三維圖像。

所述的一種離軸菲涅耳數字全息記錄光路用于記錄數字全息圖，其特征在于采用馬赫澤德干涉儀光路，使用激光器作為記錄光源，可實現所記錄全息圖中+1級衍射像、0級衍射像和-1級衍射像的分離，并利于進行頻譜濾波。所述離軸菲涅耳數字全息記錄光路包括：激光器出射的一束激光，經擴束準直部件形成一束平行光，再經分光棱鏡分成兩束光，一束光照射待記錄物體后作為帶有物體信息的物光，另一束光作為參考光，兩束光在空間相干涉形成全息圖，并由圖像采集器記錄成為數字全息圖。

所述一種儀器控制單元由計算機、儀器控制模塊和儀器控制接口組成。所述儀器控制模塊包括數字全息圖記錄控制模塊、運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊。所述儀器控制接口包括接口轉接裝置及連接線，所述儀器控制單元通過儀器控制接口分別與數字全息記錄系統中的運動平臺、快門、空間光調制器、以及圖像采集器連接并進行通信，用以完成數字全息圖的記錄。所述運動平臺連接到運動平臺控制器后，再通過串口與計算機相連，由運動平臺控制模塊對運動平臺移動進行控制；所述快門通過四針航空插頭線連接到電平轉換電路，再采用并口連接線與計算機中數模轉換芯片相連，由快門控制模塊對快門的開啟和關閉狀態進行控制；所述空間光調制器通過分頻顯示器連接于計算機，由空間光調制器控制模塊對空間光調制器進行圖像加載；所述圖像采集器通過圖像采集卡與計算機直接相連，由圖像采集控制模塊控制諸如CCD或者CMOS的圖像采集器記錄數字全息圖像。

所述數字全息圖記錄控制模塊分別與運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊通信連接，配置為與運動平臺控制模塊、快門控制模塊、空間光調制器控制模塊、以及圖像采集控制模塊進行數據交互、處理和控制，同時向用戶提供指令輸入與選擇功能，用于在數字全息圖記錄進程中對運動平臺、快門、空間光調制器、圖像采集器進行單獨和聯動控制以及數據采集。

所述的運動平臺控制模塊，配置為與所述運動平臺通信連接和控制其運動，提供包括起始位置、位移步長、終點位置、當前位置的指令的輸入選擇和查詢功能。

所述的快門控制模塊，配置為手動開關和定時開關兩種快門開關模式，用以控制數字全息圖記錄光路中快門的開啟和關閉。

所述空間光調制器控制模塊，配置為與所述空間光調制器進行數據通信，將所設置的加載圖形、圖像尺寸、圖像位置等基本參數傳輸給空間光調制器，用以控制空間光調制器上圖像的加載和調整。

所述的圖像采集控制模塊，配置為與所述圖像采集器進行數據通信，設置采集位置、采集圖像分辨率、采集圖像尺寸等基本采集參數，將所述基本采集參數傳輸給圖像采集器，控制圖像采集器進行圖像數據采集和圖像數據保存。

所述一種成像重構顯示單元包括成像重構模塊和在線顯示模塊兩部分；由圖像采集器記錄的數字全息圖送到計算機中，由成像重構模塊進行數值重構處理，最終得到稱為二維相位圖和三維相位圖的物體的再現像，并由在線顯示模塊實時顯示物體的再現像或者根據具體要求顯示重構處理各階段的數據圖像。