[發明專利]一種相干單像素成像系統及成像方法

在審

• 申請號: 202111114473.0
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113834442A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 張素恒;侯紅云;韓佳成;趙亞楠;梁寶來;王穎
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01N21/84;G01N21/01;G02B27/09;G02B27/10;G02B27/28;G02B27/30
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

本發明涉及一種相干單像素成像系統及成像方法。本發明相干單像素成像系統包括He?Ne激光器、衰減片、半波片、空間濾波擴束準直系統、分束器、純相位空間光調制器、系統、收集透鏡、針孔濾波器、單像素探測器、數據采集卡和計算機。本發明利用一個單像素探測器不僅可以獲取目標物體的振幅信息，還同時可以獲取目標物體的相位信息，由于同時獲取了目標物體的振幅分布和相位分布，因此可以清晰地確定目標物體的表面輪廓以及內部結構。本發明解決了傳統單像素成像僅能獲取振幅信息的問題，可在光學計量學和生物醫學科學中得到廣泛的應用。

技術領域

本發明涉及一種結構照明的相干單像素成像系統，具體地說是一種相干單像素成像系統及成像方法。

背景技術

光場的光強信息和相位信息成像對生物醫學、光學測量、三維成像等領域的發展具有重要意義。通過光場的相位信息，可以確定物體的表面輪廓以及內部結構，因此，光場相位信息的獲取對于成像來說是至關重要的。然而，目前的單像素成像技術多是在非相干照明下對光場的強度進行調制，這樣只可獲取光場的強度信息，而重要的相位信息則會被自然丟失。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于結構照明的相干單像素成像系統及成像方法，以解決傳統單像素成像僅能獲取振幅信息而不能獲取相位信息的問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種相干單像素成像系統，包括：

He-Ne激光器，用于發射波長為632.8nm的激光，以形成相干照明光場；

衰減片，設置在He-Ne激光器的激光光路上，用于將He-Ne激光器發射出的激光衰減到單像素探測器允許的工作范圍之內；

半波片，設置在衰減片后方的激光光路上，用于將衰減后的激光由豎直偏振轉變成水平偏振；

空間濾波擴束準直系統，設置在半波片后方的激光光路上，用于對轉變成水平偏振的激光進行擴束和準直；

分束器，設置在空間濾波擴束準直系統后方的激光光路上，用于將純相位空間光調制器調制后的結構光反射進4f系統；

純相位空間光調制器，設置在分束器后方的激光光路上，用于對擴束準直后的激光束進行純相位調制；

4f系統，包括兩個焦距f均為300mm的透鏡，兩個透鏡前后相對，設置在分束器的反射光路上，用于將相干照明總光場成像至目標物體的前表面，以形成相干結構照明；

收集透鏡，其焦距f為300mm，設置在目標物體后方300mm處的分束器反射光路上，用于將物光收集至針孔濾波器處；

針孔濾波器，設置在收集透鏡后方的分束器反射光路上，并置于收集透鏡的后焦面處，用于透射焦點處物光的零頻分量，并使之到達單像素探測器；

單像素探測器，設置在針孔濾波器后方的分束器反射光路上，用于探測透射物光的零頻分量的強度；

數據采集卡，與單像素探測器電連接，用于將單像素探測器采集的透射物光零頻分量的強度信息進行模數轉換和數據采集；以及

計算機，分別與純相位空間光調制器和數據采集卡電連接，用于控制純相位空間光調制器加載的基底圖案，并對數據采集卡采集的測量數據進行處理、存儲和顯示。

本發明的目的還可這樣實現：一種相干單像素成像方法，利用本發明相干單像素成像系統，進行相干Hadamard單像素成像，具體包括以下步驟：

a、利用Hadamard矩陣生成Hadamard基底矩陣序列，表示為：

其中，P_uv是Hadamard基底矩陣，H_u是H的第u行的行向量，H_v是H的第v行的行向量，代表轉置共軛；