[發明專利]一種真彩色相移數字全息物光重建及色差校正方法

有效

• 申請號: 201410271215.7
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104049516B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 徐先鋒;高飛;張鯉
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明屬于相移數字全息技術領域，涉及一種真彩色相移數字全息物光重建及色差校正方法。

背景技術

在相移數字全息領域，國內外研究多集中在相移干涉技術的算法研究和誤差分析校正方面，相應的物光恢復也常常僅考慮物光的相位。傳統相移技術采用定步長算法和等步長相移算法直接利用公式恢復物光的相位，繁瑣的定標過程與對相移器精度的高度依賴限制了該技術的發展。相移數字全息的國內研究相對較晚，但發展較快，尤其是在算法研究方面。

現有技術方案:

⑴Kakue等利用空間相移方法從同一幅干涉圖中每四個像素分區作為各相移干涉圖，實現了單次記錄相移數字全息。

⑵Zhang利用定步長算法實現了標準四步相移全息的連續記錄與再現。

1、Kakue等利用空間相移方法從同一幅干涉圖中每四個像素分區作為各相移干涉圖，實現了單次記錄相移數字全息。但該分區方法大大降低了CCD芯片的有效像素數，從而嚴重限制了成像數值孔徑和分辨率，且各分區之間的光強相位相互干擾，都會影響成像質量，所以難以得到高質量的實驗結果。

2、Zhang利用定步長算法實現了標準四步相移全息的連續記錄與再現。其實驗裝置中使用了價格較昂貴的相移器件PZT，且對其性能要求較高。由于采集的干涉圖較多，相移器高速機械運動時極易產生誤差，其需要記錄和處理的信息流量也大，物光再現質量受到影響。

3、現有文獻報道的單次曝光彩色數字全息技術，不但受到CCD分辨率低的限制和零級項共軛像的干擾，成像質量不理想，而且因為多波長記錄再現造成抽樣大小和成像距離的不同，各色彩的像形成串擾，造成像質下降，且單CCD對多波長的記錄也會造成強度記錄的干擾。

4、現有的相移值抽取算法抽取的相移值只能在0-2π之間，大于2π時則無能為力。最后，再現物光相位的快速解包也是實現實時全息立體再現的障礙。

發明內容

本發明的目的在提供一種真彩色相移數字全息物光重建及色差校正方法，解決了現有的全息物光重建及色差校正方法過程繁瑣以及對相移器精度高度依賴的問題。

本發明所采用的技術方案是按照以下步驟進行：

步驟1：選用三種波長的色光，632.8納米波長的紅光、532納米波長的綠光和422納米波長的藍光，分別經過一套針孔濾波準直系統使每一種色光成為平行色光；

步驟2：使用快門選擇三種色光，當選擇一種色光后，關閉其他兩種色光的快門；

步驟3：每種平行色光經過反射鏡與合束器后，投射到分束器上，被分束器分成兩束，分別做為物光和參考光；

步驟4：參考光經PZT和合束器反射后到達記錄面，物光經另一塊反射鏡反射后，經過物平面上物體的透射，經合束器后到達記錄面上與參考光干涉形成干涉圖；

步驟5：將記錄得到的各色光干涉圖分別用于兩步廣義相移數字全息相移值抽取算法抽取各自的相移值，根據抽取的相移值和對應的光強度進行物光恢復，得到記錄面上的物光后，再對各色光分別進行距離為z的逆菲涅爾變換，然后對三種色光疊加，進一步得到原始物面上的原物像；

進一步，所述對三種色光疊加過程為，融合三種色光需要三種色光視場相同，像素大小和數目也相同，假設三種色光的波長比系數為：

利用這一系數對像素大小和像素數進行裁剪能夠滿足各色光融合的要求，將三種色光疊加，獲得真彩色物像。

附圖說明

圖1是本發明彩色相移數字全息光路系統圖。

圖中，101.第一針孔濾波準直系統，102.第二針孔濾波準直系統，103.第三針孔濾波準直系統，201.第一快門，202.第二快門，203.第三快門，204.第四快門，205.第五快門，301.第一反射鏡，302.第二反射鏡，303.第三反射鏡，304.第四反射鏡，401.第一合束器，402.第二合束器，403.第三合束器，5.分束器，6.PZT，7.記錄面，8.物平面，9.計算機。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

如圖1所示為彩色相移數字全息光路系統圖。

一、彩色相移數字全息圖的記錄與還原：

彩色相移數字全息采用三種波長的光源(632.8納米波長的紅光、532納米的綠光和422納米的藍光)記錄和再現。對每種波長的光分別記錄相應干涉圖、物光、參考光強度圖，抽取相移值后，恢復單色物光像，最后對不同色光像調整合成彩色像。

1.1真彩色相移數字全息的記錄：