[發(fā)明專利]一種無透鏡成像的相位恢復(fù)圖像再現(xiàn)方法

在審

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• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109472842A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王威;郭艷芳;唐武盛;李修建;李夢竹;王新;衣文軍;朱夢筠;付美城;王瀟春;聶倩雯
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G02B27/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種無透鏡成像的相位恢復(fù)圖像再現(xiàn)方法，利用相干衍射成像實驗裝置捕捉到快速功率譜圖，成像裝置只需一個準(zhǔn)直擴束激光器，一個傅里葉透鏡和一個CCD探測器，將探測到的功率譜圖進(jìn)行三個步驟的重構(gòu)，第一步通過混合輸入輸出算法算出一個初始相位，然后進(jìn)行軟孔徑掃描，而不是在目標(biāo)平面和空間譜平面進(jìn)行掃描，第二步結(jié)合Ptychography算法增強傅里葉域約束，運用相位迭代恢復(fù)算法，實現(xiàn)對目標(biāo)圖像進(jìn)行重構(gòu)，第三步，為了進(jìn)一步降低歸一化均方差根，在此進(jìn)行誤差減小的算法，重構(gòu)出目標(biāo)圖像。本發(fā)明成像裝置簡單，算法能快速從功率譜圖中重構(gòu)出準(zhǔn)確的目標(biāo)圖像，實現(xiàn)了圖像再現(xiàn)的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相干衍射成像領(lǐng)域，尤其涉及一種無透鏡成像的相位恢復(fù)圖像再現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

在實際情況中，直接測量的圖像常常只是波場的強度分布，而波場的相位分布往往很難直接測量，甚至是不可能，因此，從強度測量數(shù)據(jù)中恢復(fù)相位信息一直是近年來研究的熱點，相位恢復(fù)算法即是這種由強度測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出輻射源的振幅相位的方法。

目前，常用的相位恢復(fù)的方法有兩種，一種是利用相位差傳感器(具體可以使用波前傳感器)直接探測光學(xué)系統(tǒng)的相位差，另一種是通過利用Gerchberg–Saxton(GS)算法，以最優(yōu)理論圖像為目標(biāo)，利用傅里葉變換與逆傅里葉變換反復(fù)迭代修正誤差，最終收斂后得到光學(xué)系統(tǒng)的相位差。

但是，利用波前傳感器進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)相位差探測，需要在光學(xué)系統(tǒng)的特定位置安裝波前傳感器，同時還需要在成像面上設(shè)置一個點光源作為引導(dǎo)，給光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計帶來較大的限制；而迭代傅里葉變換(Iterative Fourier Transform,簡稱IFT)被認(rèn)為是目前最好的相位恢復(fù)算法，遺憾的是IFT算法并不能保證迭代過程總是收斂到正確解，有時甚至?xí)谀硞€局部極小值附近而不能逃出，從而恢復(fù)不出目標(biāo)圖像。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種無透鏡成像的相位恢復(fù)圖像再現(xiàn)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)系統(tǒng)搭建遇到的衍射極限問題，也解決了IFT算法在迭代過程中停滯在某個局部極小值不能恢復(fù)目標(biāo)圖像的問題，實現(xiàn)了實驗設(shè)備簡單易操作、迭代過程運算時間少、恢復(fù)的目標(biāo)清晰的效果。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明實施例提供了一種無透鏡成像的相位恢復(fù)圖像再現(xiàn)方法，包括：

1.獲取目標(biāo)通過傅里葉透鏡得到的功率譜圖，具體施為：用準(zhǔn)直擴束激光器照射目標(biāo)時，目標(biāo)擺放位置無需特定焦距f，可以任意位置；獲取功率譜圖只需將激光照射后的目標(biāo)通過傅里葉透鏡，在焦距f處放置CCD探測器，無需成像透鏡。

2.依據(jù)所獲取的功率譜圖在迭代算法中引入Ptychography重構(gòu)算法解決陷入局部極小值問題，具體是通過一種非實體的掃描孔徑的軟掃描，通過對傅里葉頻譜進(jìn)行冗余掃描，解決相干衍射成像方法中收斂停滯問題。

3.結(jié)合IFT算法和Ptychography算法進(jìn)行三個步驟的迭代相位恢復(fù)模型，依據(jù)所述模型實現(xiàn)目標(biāo)圖像再現(xiàn)。

步驟一運用迭代傅里葉變換算法中的混合輸入輸出算法得到初始相位；

步驟二使用Ptychography算法并軟掃描步驟一的結(jié)果；

步驟三運用迭代傅里葉變換算法中的誤差減小的方法降低歸一化均方誤差。