[發(fā)明專利]一種數(shù)字圖像記錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810588456.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110579167B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王華英;張步勤;張亦卓;江夏男;張昱朔;董昭;席思星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B9/021
• 分類號(hào): G01B9/021
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本申請(qǐng)涉及一種數(shù)字圖像記錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)將激光器發(fā)出的光分為兩束光波，其中一束光波攜帶物體的信息，另外一束光波經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后成為平面光波，該平面光波經(jīng)一個(gè)電致變焦透鏡后形成所需形狀的參考光波；通過(guò)改變施加在電致變焦透鏡上的電壓，可以獲得平面參考光波，或者球面參考光波，兩束光波在CCD上相干涉形成干涉圖樣；通過(guò)本申請(qǐng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以同時(shí)記錄不同類型的數(shù)字圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種數(shù)字圖像記錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，屬于光學(xué)教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

通常的顯微鏡，主要是通過(guò)透鏡組獲得，這樣獲得的顯微圖像無(wú)法記錄保存，觀察后對(duì)圖像的細(xì)節(jié)很快就記不清楚。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段出現(xiàn)了一種數(shù)字顯微鏡，其能夠在獲得成像物體的強(qiáng)度圖像的同時(shí)，獲得成像物體的位相圖像，或者說(shuō)其能夠獲得成像物體的三維圖像，并且能夠?qū)@得的三維圖像永久的保存。

數(shù)字顯微鏡技術(shù)利用光電耦合器件(CCD或CMOS)記錄干涉條紋，然后送入計(jì)算機(jī)并通過(guò)算法重構(gòu)物體的強(qiáng)度及位相分布。與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相比，數(shù)字顯微鏡具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使數(shù)字顯微鏡得到了廣泛關(guān)注，已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，隨著記錄飛秒級(jí)超快瞬態(tài)過(guò)程的脈沖數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)字顯微鏡技術(shù)更展現(xiàn)出在科學(xué)研究及光學(xué)無(wú)損檢測(cè)中的活力。

數(shù)字顯微鏡技術(shù)又名數(shù)字全息術(shù)，用CCD采集成像物體的全息圖，將全息圖輸入計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中利用算法模擬實(shí)際的全息圖再現(xiàn)過(guò)程，從而在計(jì)算機(jī)中重建物體的三維圖像。全息圖的再現(xiàn)像相對(duì)于普通的數(shù)碼相機(jī)獲取的圖像，全息圖的再現(xiàn)像除了具有強(qiáng)度圖像外，還有位相圖像，即物體的三維形貌圖像，因此數(shù)字全息術(shù)中最關(guān)鍵的是物體位相信息的重建。數(shù)字全息位相重建的常規(guī)方法是：通過(guò)對(duì)全息圖作傅里葉變換得到其頻譜，然后進(jìn)行頻譜濾波將不需要的0級(jí)及-1級(jí)頻譜濾除，之后對(duì)濾波后的頻譜再作逆傅里葉變換，最后通過(guò)衍射計(jì)算獲得再現(xiàn)像的波前信息。

現(xiàn)有數(shù)字全息術(shù)中，大部分采用離軸全息的方式獲得數(shù)字全息圖像，離軸全息的記錄系統(tǒng)包括激光器、光闌、第一半波片、偏振分束鏡、第一擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、第一反射鏡、透明物體、合束鏡(半透射半反射)、CCD、第二半波片、第二擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、第二反射鏡以及計(jì)算機(jī)；激光器發(fā)出的光束經(jīng)偏振分束鏡后分為光束A和光束B(niǎo)，光束A經(jīng)第一擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡后形成平行光波，經(jīng)第一反射鏡后照射透明物體形成物光波，該物光波透過(guò)合束鏡后達(dá)到CCD靶面；經(jīng)偏振分束鏡后的光束B(niǎo)經(jīng)過(guò)第二半波片以及第二擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡形成平面參考光波，所述參考光波經(jīng)過(guò)第二反射鏡、合束鏡后到達(dá)CCD靶面與物光波形成干涉圖樣。上述采用平面參考光波記錄圖像，這種圖像記錄系統(tǒng)為離軸菲涅爾數(shù)字全息記錄系統(tǒng)。在數(shù)字全息記錄系統(tǒng)中，還有一種記錄系統(tǒng)，其采用球面參考光波記錄圖像，即在如圖1所示的記錄系統(tǒng)中，在第二反射鏡與合束鏡之間加入一個(gè)顯微物鏡，平行光波經(jīng)顯微物鏡后形成球面參考光波，這種記錄系統(tǒng)中，通常將球面參考光波的發(fā)散中心到CCD的距離設(shè)置為等于透明物體到CCD的距離，這就是常用的離軸無(wú)透鏡傅里葉變換數(shù)字全息記錄系統(tǒng)。離軸菲涅爾數(shù)字全息記錄系統(tǒng)與離軸無(wú)透鏡傅里葉變換數(shù)字全息記錄系統(tǒng)是最常用的兩種數(shù)字全息記錄系統(tǒng)，在教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用。然而，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，在使用離軸菲涅爾數(shù)字全息記錄系統(tǒng)記錄全息圖像后，如果要記錄離軸無(wú)透鏡傅里葉變換數(shù)字全息圖像，此時(shí)需要在原來(lái)的離軸菲涅爾數(shù)字全息記錄系統(tǒng)中加入顯微物鏡，然而由于實(shí)驗(yàn)中使用的都是高倍的顯微物鏡，在加入顯微物鏡的過(guò)程中，要求的精度是很高的，稍微有點(diǎn)差錯(cuò)，就可能導(dǎo)致平行光無(wú)法進(jìn)入顯微物鏡中，或者平行光的方向與顯微物鏡的光軸不一致，從而導(dǎo)致記錄的圖像質(zhì)量嚴(yán)重惡化。

另外，在全息圖的記錄當(dāng)中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)合束鏡調(diào)節(jié)物光波和參考光波的夾角，從而獲得離軸全息，通過(guò)對(duì)離軸全息的再現(xiàn)，能夠獲得分離的再現(xiàn)像。然而，在旋轉(zhuǎn)合束鏡時(shí)，如果旋轉(zhuǎn)角度較小，可能得不到再現(xiàn)像完全分離的離軸全息，影響再現(xiàn)像的質(zhì)量；如果旋轉(zhuǎn)角度較大，可能有一部分物光波信息沒(méi)有被參考光波記錄下來(lái)，從而損失物體信息。現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于合束鏡旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)，都是人工進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣的調(diào)節(jié)方式精度差，影響數(shù)字全息圖像的再現(xiàn)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容