[發明專利]一種高分辨率數字全息衍射層析成像

在審

• 申請號: 201810145657.5
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108519728A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發明（設計）人: 王云新;王大勇;袁媛媛;趙潔;戎路;遲衛寧;李斌;楊旭東
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04;G03H1/22;G01B11/24
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

一種高分辨率數字全息衍射層析成像，屬于數字全息技術和衍射層析成像領域。由數字全息衍射層析成像裝置，利用合成孔徑方法得到N幅合成高分辨率全息圖，進而獲得被測樣品的高分辨率三維折射率再現。為了提高系統的成像分辨率，將合成孔徑方法引入到數字全息衍射層析成像系統中，利用二維電動平移臺移動CCD，采集原始全息圖周圍的高頻信息，當振鏡角度為θ時，記錄M×M(M≥3)幅子全息圖，將M×M幅子全息圖進行強度配準和圖像錯位亞像素微位移等處理，得到一幅合成高分辨率全息圖。通過數字全息衍射層析方法和合成孔徑方法相結合實現高分辨率的三維成像。數字全息衍射層析成像系統能夠實現非接觸、無標記、無損、三維層析成像測量。

技術領域

本發明屬于數字全息技術和衍射層析成像領域，涉及一種高分辨率數字全息衍射層析成像方法，可實現物體的高分辨率三維層析成像。

背景技術

數字全息衍射層析是一種光學衍射層析成像技術，是數字全息技術與衍射層析技術的融合體。它的三維重建是由以下兩個步驟組成的：1)數字全息圖的記錄及再現過程。即先通過數字全息的方法記錄被測物體在多個方向上的全息圖，然后采用頻譜濾波等方法對其進行數值再現。2)采用衍射層析算法進行三維重建過程。以數字全息再現得到的數據為源數據，然后采用傅里葉衍射定理進行衍射層析重建。光學衍射層析成像的原理最早是由wolf提出，他從非均勻介質的波動方程出發，給出了光波透過樣品之后的散射場和樣品物體函數之間的關系。數字全息衍射層析技術可以實現被測物體三維輪廓及內部三維結構的測量，因此該方法可為工業檢測、生物醫學研究提供有效的成像手段。然而，受到CCD靶面尺寸的限制，在記錄面記錄全息圖時，物光和參考光的干涉條紋所占面積往往大于CCD靶面尺寸，導致代表物體細節的高頻信息缺失，降低了衍射層析系統的成像分辨率。

發明內容

為了獲得更高的系統成像分辨率，就需要采集物體的更多高頻信息，針對上述問題，本發明將合成孔徑方法與衍射層析相結合，借助CCD的二維平移，等效于提高CCD的靶面尺寸，獲得更多物體的高頻信息。

為了達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種高分辨率數字全息衍射層析成像裝置及方法，由數字全息衍射層析成像裝置，利用合成孔徑方法得到N幅合成高分辨率全息圖，并獲取被測樣品的復振幅分布、三維折射率分布來實現，其具體方法步驟如下：

一、在激光器的輸出光路上依次垂直放置連續衰減片、分束棱鏡，激光束通過分束棱鏡后分為兩束偏振光，一束光經過擴束濾波系統作為平行參考光照射到合束棱鏡上，另一光束依次通過透鏡A、透鏡B、振鏡、聚光透鏡、樣品、油浸顯微物鏡、透鏡C，振鏡可以改變照明光束的方向，兩光束在合束棱鏡的作用下以一定物參夾角在CCD靶面上相遇發生干涉，通過調整合束棱鏡來控制物參夾角使其滿足尼奎斯特抽樣定理和再現像分離條件；CCD放置在二維電動平移臺上用于記錄全息圖。

二、單幅合成高分辨率全息圖的采集：數字全息成像過程中，光源照射樣品后的物光與參考光干涉得到全息圖，其中高頻信息反映了樣品再現復振幅的細節，低頻信息代表了樣品再現復振幅分布的輪廓。為了提高再現像的分辨率，引入合成孔徑方法，本發明中，我們定義CCD直接采集到的全息圖為原始全息圖，原始全息圖周圍的全息圖稱為子全息圖。合成孔徑方法利用二維電動平移臺移動CCD，當振鏡角度為θ時，記錄M×M(M≥3)幅子全息圖，保證兩幅子全息圖之間有10％以上的交疊區域，完成原始全息圖周圍條紋的探測和采集，將M×M幅子全息圖進行強度配準和圖像錯位亞像素微位移等處理，得到一幅合成高分辨率全息圖。本發明中，通過LabView軟件編寫平移臺控制程序，可設置平移臺在水平和垂直方向上的步長間距、停留時間和運動速度等參數，通過軟件控制平移臺的移動，使CCD能夠自動在不同位置探測M×M幅子全息圖。

三、N幅合成高分辨率全息圖的獲取：當固定振鏡的照明角度為θ時，記錄子全息圖，用上述合成孔徑方法得到一個合成高分辨率全息圖，當振鏡照明角度分別為θ+nΔθ，其中Δθ為照明角度基本變化量，并且n＝0,1,2…N-1時，就得到N幅合成高分辨率全息圖。