[發明專利]寬視場壓縮全息成像系統及方法

有效

• 申請號: 201711121148.0
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN108008615B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 曹良才;張文輝;倉吉;金國藩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種寬視場壓縮全息成像系統及方法，其中，系統包括：激光器；平面鏡；顯微物鏡、針孔、準直透鏡和線偏振片；多個非偏振分光棱鏡；像感器，在將待成像物體設置于多個非偏振分光棱鏡前，并通過線偏振平面波照明整個待成像物體后，用像感器采集同軸全息圖，其中，同軸全息圖通過透過物體不同部分的光波被不同位置的非偏振分光棱鏡反射得到，并通過壓縮感知全息方法對同軸全息圖進行分析、重建，獲取成像結果。該系統可以通過透過物體不同部分的光波被不同位置的非偏振分光棱鏡反射得到同軸全息圖，并通過壓縮感知全息方法對同軸全息圖進行分析、重建，獲取成像結果，從而有效擴大成像區域、提高成像的穩定性和可靠性，簡單易實現。

技術領域

本發明涉及數字全息技術領域，特別涉及一種寬視場壓縮全息成像系統及方法。

背景技術

目前，數字全息具有動態快速、非侵入式無損成像、可實現相位成像、三維成像的優點，其中，無透鏡數字全息成像方式，因為其結構簡單穩定，成像結果優質，被廣泛應用在生物醫學成像、粒子場成像等眾多透射式成像領域中。但是，因為記錄材料的數字化，即像感器的感光面積較小，且目前只能在單次曝光下記錄單一視場下的物體，因此，數字全息的成像視場受到很多的限制，成像區域不能滿足寬視場成像分析的需求，實現寬視場的數字全息成像是亟待解決的科學技術問題。

在相關技術中，利用合成孔徑技術可以實現大視場成像，通過改變照明角度或者改變像感器的位置，以及用線陣相機進行掃描獲得一系列全息圖，進行算法合成，可以增大視場，但是，這種方法需要掃描，對系統穩定性要求很高，并且不能動態處理，不適用于隨時間變化的成像場合。此外，在數字全息中，調制物光場也是實現寬視場成像的一種有效手段，通過金屬粒子在物平面的隨機運動，將更多的高頻信息調制到像感器平面，擴大成像視場，但是，這種方法也需要多次曝光，系統穩定性要求高以及時間成本大。另外，為了實現單次曝光，提出了將光柵作為一種調制器件用來擴大數字全息顯微視場的方法，然而，這種方法要求精準地調節顯微物鏡與筒鏡，調節困難，一旦沒有很好的設計系統參數的關系，就會引入光柵級次之間的串擾，降低成像質量，不僅操作復雜，穩定性差，而且可靠性低，有待解決。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種寬視場壓縮全息成像系統，該系統可以有效提高成像的穩定性，有效提高成像的可靠性，簡單易實現。

本發明的另一個目的在于提出一種寬視場壓縮全息成像方法。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種寬視場壓縮全息成像系統，包括：激光器，用于發出預設波長的激光；平面鏡，用于對所述激光反射改變方向；顯微物鏡、針孔、準直透鏡和線偏振片，分別用于對所述激光進行小孔濾波、擴束準直以及線偏振，以獲取沿水平方向傳播的線偏振平面波；多個非偏振分光棱鏡；像感器，在將待成像物體設置于所述多個非偏振分光棱鏡前，并通過所述線偏振平面波照明整個所述待成像物體后，用所述像感器采集同軸全息圖，其中，所述同軸全息圖通過透過物體不同部分的光波被不同位置的非偏振分光棱鏡反射得到，并通過壓縮感知全息方法對所述同軸全息圖進行分析、重建，獲取成像結果。

本發明實施例的寬視場壓縮全息成像系統，可以將待成像物體設置于多個非偏振分光棱鏡前，并通過線偏振平面波照明整個待成像物體后，通過透過物體不同部分的光波被不同位置的非偏振分光棱鏡反射得到同軸全息圖，并通過壓縮感知全息方法對同軸全息圖進行分析、重建，獲取成像結果，從而可以將不同視場下的成像結果分別清晰重建，成像效果好，不僅有效擴大成像區域，提高成像的穩定性，而且有效提高成像的可靠性，簡單易實現。

另外，根據本發明上述實施例的寬視場壓縮全息成像系統還可以具有以下附加的技術特征：

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述多個非偏振分光棱鏡沿光線行進方向緊湊布置，且反射面垂直于水平面，與所述光線行進方向成45度角，以及所述多個非偏振分光棱鏡緊密無縫排列。