[發明專利]數字全息深度分辨成像裝置和成像方法

在審

• 申請號: 202211241938.3
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115598955A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 蔣志龍;劉誠;王綬玙;孔艷
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G03H1/04
• 分類號: G03H1/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 呂永芳

本發明公開了一種數字全息深度分辨成像裝置和成像方法，屬于數字全息三維成像技術領域。本發明的裝置和方法在反射全息光路中通過在一維方向平移樣品來連續改變照明光的波前曲率，采用全息方法在反射全息光路中獲取樣品平移時的反射光信息，成像裝置及圖像獲取過程都相對簡單，且能夠將高透過率樣品的復振幅信息按深度有效分離出來，所需計算時間少，能夠有效縮短重構三維圖像所需的時間。本發明裝置結構簡單，計算效率高，成像速度得到提升，可應用于高精度三維測量領域。

技術領域

本發明涉及數字全息深度分辨成像裝置和成像方法，屬于數字全息三維成像技術領域。

背景技術

相比于傳統的光學全息，數字全息使用光敏電子成像器件代替傳統全息記錄材料記錄全息圖，通過計算機模擬再現取代光學衍射來實現所記錄波前的數字再現，可實現全息記錄、存儲和再現全過程的數字化，從而可以拓寬全息的應用領域，目前已經成功應用于活體生物細胞的定量相襯測量，振動分析，微粒成像分析等。

數字全息成像可以同時獲取樣品的強度和相位信息，且具有一定的三維分辨能力，但普通的數字全息技術所重建的圖像只是清晰的聚焦像和很多離焦像的疊加，客觀上所實現的僅是一種數字調焦成像，并不能精確提供待觀測樣品的三維分布信息。為了將數字全息真正變成三維成像技術，可在數據記錄過程中采用連續轉動物體、連續改變照明光的入射角度和連續改變照明光波長等技術手段。

以連續改變照明光波長的方法為例，在成像過程中需要連續改變照射在樣品表面的照明光波長并記錄相關聯的全息圖，然后在重建時采用特定的算法重構出在樣品不同深度的信息，從而獲取樣品的三維信息。整個過程因為需要連續改變照明光的波長，因此對光源的穩定性要求較高，實驗裝置及操作過程也因此而復雜。此外，特定算法重構三維圖像所需的時間較長，這在很大程度上限制了數字全息成像在高精度三維測量領域的應用。

發明內容

為了解決現有的數字全息三維成像裝置結構復雜，重構三維圖像所需的時間較長，應用范圍受限的問題，本發明提供了數字全息深度分辨成像裝置和成像方法，所述技術方案如下：

本發明的第一個目的在于提供一種數字全息深度分辨成像裝置，所述數字全息深度分辨成像裝置包括激光器1，沿所述激光器1的激光束方向設置分束器2，所述分束器2將所述激光束分成反射光束和透射光束；

沿所述反射光束方向依次設置第一光學衰減片3、第一反射鏡4、第一空間濾波器5、第一準直透鏡6、第二反射鏡7、分光棱鏡8和成像設備9；

沿所述透射光束方向依次設置第二光學衰減片10、第二空間濾波器11、第二準直透鏡12、聚焦透鏡13、小孔光闌14、分光棱鏡8和平移臺15；

所述第一空間濾波器5、第一準直透鏡6、第二空間濾波器11、第二準直透鏡12、聚焦透鏡13、小孔光闌14和分光棱鏡8均與激光束垂直且中心保持在光軸上。

可選的，待測樣品固定在所述平移臺15上，所述的平移臺15在平面內沿著一維方向等間距移動，所述成像設備9在所述平移臺15移動時記錄一組相對應的全息干涉圖。

可選的，所述待測樣品看成由數個光學切片組成，其中每個所述光學切片被認為在光軸方向有著相同的深度，且同時具有均勻的折射率和強度透過率。

可選的，所述激光器1為氦氖激光器。

可選的，所述平移臺15由計算機控制。

本發明的第二個目的在于提供一種數字全息深度分辨成像方法，采用上述的數字全息深度分辨成像裝置進行成像，包括如下步驟：

步驟1：打開所述激光器1，所述待測樣品固定在所述平移臺15上，所述平移臺15在平面內沿著x方向等間距移動N次，N為奇數，所述成像設備9記錄下相對應的一組全息干涉圖，強度標記為I(x,y；n)(n＝1,2,…N)；