非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)與方法。所述系統(tǒng)包括白光光源，第一～六透鏡，第一～三干涉濾波片，第一和第二偏振片，偏振分光棱鏡，第一和第二反射鏡，圖像采集設(shè)備，計(jì)算機(jī)。其特征在于在傳統(tǒng)三角干涉儀基礎(chǔ)上增加傅里葉變換透鏡，同時(shí)使第一反射鏡法線方向偏離系統(tǒng)光軸，實(shí)現(xiàn)非相干離軸傅里葉變換全息圖記錄。所述方法通過將三個(gè)干涉濾波片對(duì)白光光源進(jìn)行窄帶濾波所產(chǎn)生的紅綠藍(lán)準(zhǔn)單色光作為照明光源，生成并記錄三幅全息圖；在計(jì)算機(jī)中分別對(duì)三幅全息圖進(jìn)行再現(xiàn)，并對(duì)三幅再現(xiàn)像進(jìn)行配準(zhǔn)；融合三顏色通道再現(xiàn)像合成真彩色圖像。本發(fā)明可以快速獲得非相干物體的彩色全息再現(xiàn)像，實(shí)現(xiàn)非相干物體的三維彩色成像。
【專利說明】非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字全息與三維成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于非相干數(shù)字全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)非相干彩色三維成像的系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全息術(shù)具有對(duì)物體進(jìn)行三維成像的特點(diǎn)，自發(fā)明以來便受到了廣泛的關(guān)注。但是，對(duì)于相干光源的依賴在很大程度上限制了傳統(tǒng)全息術(shù)在很多領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。非相干全息術(shù)的出現(xiàn)，使得全息術(shù)擺脫了對(duì)于相干光源的依賴，將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到天文觀測(cè)、生物熒光等非相干光學(xué)成像領(lǐng)域。利用非相干光源的點(diǎn)源自相干特性，通過不同的方法對(duì)物體發(fā)出的光波進(jìn)行分束，將物體的三維信息編碼到一系列相互獨(dú)立的菲涅耳波帶片強(qiáng)度分布中，便可以實(shí)現(xiàn)非相干全息圖的記錄。2007年由J.Rosen提出的菲涅耳非相干關(guān)聯(lián)全息術(shù)(Fresnel Incoherent Correlation holography, FINCH)使用空間光調(diào)制器(SpatialLight Modulator, SLM)作為分光元件,實(shí)現(xiàn)了非掃描的非相干全息圖的記錄。
[0003]熒光成像技術(shù)由于具有高靈敏度、良好的選擇性、低背景噪聲以及高對(duì)比度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、病理學(xué)等領(lǐng)域。將非相干全息術(shù)與熒光成像技術(shù)相結(jié)合，可以對(duì)熒光樣品進(jìn)行三維成像。同時(shí)，如果再引入彩色全息技術(shù)，可以獲得與熒光源同顏色的彩色再現(xiàn)像，為應(yīng)用提供多維數(shù)據(jù)信息。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，J.Rosen 等人在其論文((Fluorescence incoherent color holography)) (OpticsExpressl5 (2007), 2244-2250)中提出了一種熒光彩色全息成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了熒光樣品的彩色三維成像。但是，這種方法記錄的是同軸菲涅耳全息圖，需要引入多次曝光相移技術(shù)消除孿生像的影響，并對(duì)全息圖進(jìn)行較為復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算，系統(tǒng)的記錄過程與再現(xiàn)速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)樣品的實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)三維顯示。此外，由于菲涅耳全息圖再現(xiàn)像的橫向位置與全息圖的記錄距離以及記錄時(shí)參考光和物光之間的夾角有密切關(guān)系，導(dǎo)致菲涅耳彩色全息術(shù)中三個(gè)單色再現(xiàn)像的橫向位置很難精確配準(zhǔn)，造成最終的彩色再現(xiàn)像的邊界模糊，降低彩色再現(xiàn)像的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)非相干彩色三維成像方法與系統(tǒng)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種基于非相干數(shù)字全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)非相干彩色三維成像的系統(tǒng)與方法，在三角全息術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)光路配置進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)非相干物體的離軸傅里葉變換全息圖的記錄以及三維再現(xiàn)，并且可以實(shí)現(xiàn)三張單色再現(xiàn)像橫向位置的精確配準(zhǔn)，獲得高質(zhì)量的彩色三維再現(xiàn)像。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。
[0006]非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)，包括:白光光源1，第一、第二、第三、第四、第五和第六透鏡2、6、8、11、14和16,第一、第二和第三干涉濾波片3、4和5,第一和第二偏振片9和15,偏振分光棱鏡10,第一和第二反射鏡12和13,圖像米集設(shè)備17,計(jì)算機(jī)18。白光光源I位于第一透鏡2的前焦面位置，到第一透鏡2的距離為4 ;非相干物體7位于第二透鏡6的后焦面附近位置，到第二透鏡6的距離為f；2 ;非相干物體7位于第三透鏡8的前焦面，到第三透鏡8的距離為&，第一偏振片9位于第三透鏡8的后焦面，到第三透鏡8的距離為& ;第一偏振片9到第四透鏡11和第五透鏡14的距離分別為它們的焦距和f2，第四透鏡11至第一反射鏡12至第二反射鏡13至第五透鏡14的距離之和為第四透鏡11與第五透鏡14的焦距之和f\+f2 ;第二偏振片15到第四透鏡11和第五透鏡14的距離分別為它們的焦距和f2 ;第六透鏡16至第二偏振片15的距離為透鏡16焦距的二倍2f3 ；圖像采集設(shè)備17至第六透鏡16的距離為透鏡16焦距的二倍2f3。
[0007]偏振分光棱鏡10、透鏡11和透鏡14、反射鏡12和反射鏡13構(gòu)成傳統(tǒng)三角干涉儀，從非相干物體7上發(fā)出的光波沿順時(shí)針以及逆時(shí)針兩個(gè)不同的方向通過由透鏡11和透鏡14構(gòu)成的同一個(gè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)，沿這兩個(gè)方向通過系統(tǒng)的光波具有不同的放大倍率，且由于它們?cè)诠饴分袀鞑サ穆烦掏耆嗤?，使得它們之間的光程差小于光源的時(shí)間相干長(zhǎng)度。這兩束具有不同放大倍率的光波產(chǎn)生的干涉條紋中記錄了非相干物體的強(qiáng)度信息以及三維位置信息。
[0008]其特征在于，引入第三透鏡8，實(shí)現(xiàn)傅里葉變換全息圖的記錄；使光路中第一反射鏡12的法線方向偏離系統(tǒng)光軸位置，從而在全息圖中引入空間載頻，實(shí)現(xiàn)離軸記錄；圖像采集設(shè)備17記錄全息圖，并在計(jì)算機(jī)18中對(duì)所記錄的全息圖進(jìn)行快速傅里葉變換得到物體7的再現(xiàn)像；通過三個(gè)干涉濾波片3、4和5對(duì)白光光源進(jìn)行濾波，分別使用所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色光波段的準(zhǔn)單色光作為系統(tǒng)照明光源，并記錄三幅全息圖，在計(jì)算機(jī)18中分別對(duì)三幅全息圖進(jìn)行再現(xiàn)，并通過彩色圖像放大倍率配準(zhǔn)算法以及彩色圖像橫向位置配準(zhǔn)算法對(duì)三幅再現(xiàn)像進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得物體7的真彩色三維再現(xiàn)像。
[0009]所述圖像采集設(shè)備17是以CXD或CMOS芯片為感光元件的數(shù)字相機(jī)。
[0010]所述第一、第二和第三干涉濾波片3、4和5是具有不同中心波長(zhǎng)的窄帶濾波器，其中心波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)可見光波段中的紅色、綠色和藍(lán)色波段。
[0011]利用本發(fā)明所述成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)彩色三維成像方法包括以下步驟:
[0012]步驟1，獲取三顏色通道的全息圖。
[0013]步驟1.1，打開白光光源1、圖像采集設(shè)備17以及計(jì)算機(jī)18，使用第一干涉濾波片3，保證第一偏振片9與第二偏振片15光軸方向一致的同時(shí)，同步調(diào)節(jié)兩個(gè)偏振片的光軸，使由圖像采集設(shè)備17采集到的干涉條紋的對(duì)比度達(dá)到最大，并將此時(shí)干涉產(chǎn)生的全息圖保存到計(jì)算機(jī)18中。
[0014]步驟1.2，在計(jì)算機(jī)18中對(duì)采集到的全息圖進(jìn)行快速傅里葉變換，并觀察變換后的圖像是否對(duì)焦準(zhǔn)確；如果圖像離焦，則調(diào)整圖像采集設(shè)備的位置直到使經(jīng)過傅里葉變換后的圖像對(duì)焦準(zhǔn)確，記錄此時(shí)的紅色通道全息圖Ηκ。
[0015]步驟1.3，將第一干涉濾波片3換為第二干涉濾波片4，重復(fù)步驟1.1,1.2，獲得綠色通道全息圖He。
[0016]步驟1.4，將第二干涉濾波片4換為第三干涉濾波片5，重復(fù)步驟1.1、1.2獲得藍(lán)色通道全息圖Hb。
[0017]步驟2，獲得三個(gè)通道的再現(xiàn)像。
[0018]步驟2.1，分別對(duì)三顏色通道全息圖HK，Hg, Hb進(jìn)行補(bǔ)零操作，調(diào)整三顏色通道全息圖的大小，使三個(gè)單色通道的再現(xiàn)像具有相同的放大倍率，并對(duì)補(bǔ)零后的全息圖“ Ab分別進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得再現(xiàn)像IK，IG, Ιβ。
[0019]步驟2.2，計(jì)算再現(xiàn)像Ik和Ie的相關(guān)系數(shù)。
[0020]步驟2.3，在計(jì)算機(jī)18中調(diào)整再現(xiàn)像二 Ie的橫向和縱向位置。
[0021]步驟2.4，重復(fù)步驟2.2,2.3，直到再現(xiàn)像Ik和Ie的相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大，獲得調(diào)整過位置的再現(xiàn)像I?！?。
[0022]步驟2.5，對(duì)再現(xiàn)像Ik和Ib重復(fù)步驟2.2?2.4，獲得調(diào)整過位置的再現(xiàn)像ΙΒ’。
[0023]步驟3，融合三顏色通道再現(xiàn)像合成三維彩色圖像。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.本發(fā)明在傳統(tǒng)三角干涉儀光路的配置基礎(chǔ)上增加傅里葉變換透鏡，并且使干涉儀中的其中一個(gè)反射鏡法線方向偏離系統(tǒng)光軸，實(shí)現(xiàn)了傅里葉變換離軸全息圖的記錄，克服了現(xiàn)有的非相干彩色全息成像技術(shù)記錄和再現(xiàn)速度慢的問題與困難，使得全息圖的記錄速度快，并且再現(xiàn)方法簡(jiǎn)單。
[0026]2.本發(fā)明通過對(duì)各個(gè)顏色通道的全息圖進(jìn)行補(bǔ)零操作，使得各個(gè)顏色通道的再現(xiàn)像具有相同的放大倍率；通過調(diào)整全息圖再現(xiàn)像的位置使它們之間的相關(guān)系數(shù)最大，實(shí)現(xiàn)了三顏色通道再現(xiàn)像位置的精確對(duì)準(zhǔn)，提高了最后合成的彩色再現(xiàn)像的質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)光路圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例記錄的部分全息圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例得到的綠色通道的再現(xiàn)像；
[0030]圖4為本發(fā)明實(shí)施例得到的某兩張?jiān)佻F(xiàn)像的相關(guān)系數(shù)與其中一張的位置的關(guān)系曲線，(a)為與橫向位置的關(guān)系曲線，(b)為與縱向位置的關(guān)系曲線；
[0031]圖5為本發(fā)明實(shí)施例經(jīng)彩色融合獲得的真彩色再現(xiàn)像。
[0032]圖1中:1-白光光源，2-第一透鏡，3-第一干涉濾波片，4-第二干涉濾波片，5-第三干涉濾波片，6-第二透鏡,7-非相干物體,8-第三透鏡,9-第一偏振片，10-偏振分光棱鏡，11-第四透鏡，12-第一反射鏡，13-第二反射鏡，14-第五透鏡，15-第二偏振片，16-第六透鏡，17-圖像米集設(shè)備，18-計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0034]本發(fā)明所述成像系統(tǒng)的系統(tǒng)光路圖如圖1所示，包括:白光光源1，第一、第二、第三、第四、第五和第六透鏡2、6、8、11、14和16,第一、第二和第三干涉濾波片3、4和5,第一和第二偏振片9和15，偏振分光棱鏡10，第一和第二反射鏡12和13，圖像采集設(shè)備17，計(jì)算機(jī)18。
[0035]白光光源I發(fā)出的光經(jīng)過第一透鏡2匯聚后，變成準(zhǔn)直的平行光，經(jīng)過第一干涉濾波片3后變?yōu)闇?zhǔn)單色光，經(jīng)過第二透鏡6匯聚后照明非相干物體7，非相干物體的反射光經(jīng)過第三透鏡8匯聚后，通過第一偏振片9變?yōu)榫€偏振光，并且被偏振分光棱鏡10分解為具有正交偏振態(tài)的兩部分:其中垂直偏振態(tài)的光沿順時(shí)針方向傳播，即先通過第四透鏡11，被第一反射鏡12和第二反射鏡13反射后通過第五透鏡14,并被偏振分光棱鏡10反射；水平偏振態(tài)的光沿逆時(shí)針方向傳播，即先通過第五透鏡14，被第二反射鏡13和第一反射鏡12反射后通過第四透鏡11，并透過偏振分光棱鏡10。沿兩個(gè)方向傳播的光經(jīng)過第二偏振片15后成為具有一致偏振態(tài)的光，經(jīng)過第六透鏡16后到達(dá)圖像采集設(shè)備17表面并產(chǎn)生干涉，所形成的全息圖被圖像采集設(shè)備17記錄并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)18中。
[0036]應(yīng)用本發(fā)明所述成像系統(tǒng)進(jìn)行彩色三維成像的方法包括以下內(nèi)容:
[0037]1.獲取三顏色通道的全息圖
[0038](I)打開白光光源1、圖像采集設(shè)備17以及計(jì)算機(jī)18，使用第一干涉濾波片3 (中心波長(zhǎng)X1對(duì)應(yīng)紅色波段)，保證第一偏振片9與第二偏振片15光軸方向一致的同時(shí)同步調(diào)節(jié)兩個(gè)偏振片的光軸，使得圖像采集設(shè)備17采集到的干涉條紋的對(duì)比度達(dá)到最大，并將此時(shí)干涉產(chǎn)生的全息圖記錄下來。在計(jì)算機(jī)18中對(duì)采集到的全息圖進(jìn)行快速傅里葉變換，并觀察變換后的再現(xiàn)圖像是否準(zhǔn)確對(duì)焦；如果再現(xiàn)圖像離焦，則前后改變圖像采集設(shè)備17的位置，直到再現(xiàn)圖像對(duì)焦準(zhǔn)確，并保存此時(shí)的紅色通道全息圖Hk，記下此時(shí)圖像采集設(shè)備17至第六透鏡16的距離Dp
[0039](2)使用第二干涉濾波片4 (中心波長(zhǎng)λ 2對(duì)應(yīng)綠色波段)，重復(fù)步驟(I )，并保存此時(shí)的綠色通道全息圖He，記下此時(shí)圖像采集設(shè)備17至第六透鏡16的距離D2。獲得的全息圖如附圖2所示。
[0040](3)使用第三干涉濾波片5 (中心波長(zhǎng)λ 3對(duì)應(yīng)藍(lán)色波段)，重復(fù)步驟(I )，并保存此時(shí)的藍(lán)色通道全息圖Hb，記下此時(shí)圖像采集設(shè)備17至第六透鏡16的距離D3。
[0041]2.獲得三個(gè)顏 色通道再現(xiàn)像
[0042]( I)根據(jù)下式調(diào)整紅色、綠色和藍(lán)色通道全息圖HK、Hg和Hb的大小，使得三個(gè)通道的再現(xiàn)像具有相同的放大倍率。
[0043]N1 = N2 = N3= X1D1=X2D2=X3D3 (I)
[0044]其中，N12, N22和N32對(duì)應(yīng)調(diào)整后三個(gè)通道全息圖AK、Ag和Ab的大小(像素?cái)?shù))；λ。入2和λ 3是三個(gè)通道全息圖HK，Hg, Hb對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；DpD2和D3是三個(gè)通道全息圖對(duì)應(yīng)的記錄距離。實(shí)際操作中，選取藍(lán)色通道全息圖的大小(像素?cái)?shù))作為基準(zhǔn)，通過(I)式計(jì)算所需紅色和綠色通道全息圖的大小，對(duì)實(shí)際拍攝到的紅色和綠色通道的全息圖進(jìn)行補(bǔ)零操作，使其大小滿足(I)式所示的比例關(guān)系。
[0045](2)對(duì)步驟(1)中得到的調(diào)整大小后的三個(gè)全息圖AK、Ae和Ab進(jìn)行傅里葉變換，得到具有相同放大倍率的三個(gè)再現(xiàn)像IK，IG, Ιβ。綠色通道的再現(xiàn)像如附圖3所示。
[0046](3)將所得到的具有相同放大倍率的三個(gè)再現(xiàn)像剪裁成相同大小，以便后續(xù)操作。
[0047](4)對(duì)步驟(3)所得到的三個(gè)通道的再現(xiàn)像進(jìn)行橫向位置精確配準(zhǔn)。選取紅色通道的再現(xiàn)像Ik作為基準(zhǔn)，將綠色通道再現(xiàn)像I。與其配準(zhǔn)。
[0048]首先，根據(jù)下式計(jì)算這兩個(gè)再現(xiàn)像之間的相關(guān)系數(shù):
【權(quán)利要求】
1.非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)，包括:白光光源(I)，第一透鏡(2),第一干涉濾波片(3)，第二干涉濾波片(4)，第三干涉濾波片(5)，第二透鏡(6)，非相干物體(7)，第三透鏡(8),第一偏振片(9),偏振分光棱鏡(10),第四透鏡(11),第一反射鏡(12),第二反射鏡(13)，第五透鏡(14)，第二偏振片(15)，第六透鏡(16)，圖像采集設(shè)備(17)，計(jì)算機(jī)(18);白光光源(I)位于第一透鏡(2)的前焦面位置，到第一透鏡(2)的距離為4 ;非相干物體(7)位于第二透鏡(6)的后焦面附近位置，到第二透鏡(6)的距離為f；2 ;非相干物體(7)位于第三透鏡(8)的前焦面，到第三透鏡(8)的距離為&，第一偏振片(9)位于第三透鏡(8)的后焦面，到第三透鏡(8)的距離為& ;第一偏振片(9)到第四透鏡(11)和第五透鏡(14)的距離分別為它們的焦距和f2，第四透鏡(11)至第一反射鏡(12)至第二反射鏡(13)至第五透鏡(14)的距離之和為第四透鏡(11)與第五透鏡(14)的焦距之和f\+f2 ;第二偏振片(15)到第四透鏡(11)和第五透鏡(14)的距離分別為它們的焦距和f2 ;第六透鏡(16)至第二偏振片(15)的距離為透鏡(16)焦距的二倍2f3 ;圖像采集設(shè)備(17)至第六透鏡(16)的距離為透鏡(16)焦距的二倍2f3 ； 偏振分光棱鏡(10)、透鏡(11)和透鏡(14)、反射鏡(12)和反射鏡(13)構(gòu)成傳統(tǒng)三角干涉儀，從非相干物體(7)上發(fā)出的光波沿順時(shí)針以及逆時(shí)針兩個(gè)不同的方向通過由透鏡11和透鏡14構(gòu)成的同一個(gè)望遠(yuǎn)系統(tǒng)，沿這兩個(gè)方向通過系統(tǒng)的光波具有不同的放大倍率，且由于它們?cè)诠饴分袀鞑サ穆烦掏耆嗤?，使得它們之間的光程差小于光源的時(shí)間相干長(zhǎng)度；這兩束具有不同放大倍率的光波產(chǎn)生的干涉條紋中記錄了物體(7)的強(qiáng)度信息以及三維位置信息； 其特征在于，引入第三透鏡(8)，實(shí)現(xiàn)傅里葉變換全息圖的記錄；使光路中第一反射鏡(12)的法線方向偏離系統(tǒng)光軸位置，從而在全息圖中引入空間載頻，實(shí)現(xiàn)離軸記錄；圖像采集設(shè)備(17)記錄全息圖，并在計(jì)算機(jī)中(18)對(duì)所記錄的全息圖進(jìn)行快速傅里葉變換得到物體(7)的再現(xiàn)像；通過三個(gè)干涉濾波`片(3)、(4)和(5)對(duì)白光光源進(jìn)行濾波，分別使用所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)紅色、綠色和藍(lán)色光波段的準(zhǔn)單色光作為系統(tǒng)照明光源，并記錄三幅全息圖，在計(jì)算機(jī)(18)中分別對(duì)三幅全息圖進(jìn)行再現(xiàn)，并通過彩色圖像放大倍率配準(zhǔn)算法以及彩色圖像橫向位置配準(zhǔn)算法對(duì)三幅再現(xiàn)像進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得物體(7 )的真彩色三維再現(xiàn)像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集設(shè)備(17)是以CXD或CMOS芯片為感光元件的數(shù)字相機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二和第三干涉濾波片(3)、(4)和(5)是具有不同中心波長(zhǎng)的窄帶濾波器，其中心波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)可見光波段中的紅色、綠色和藍(lán)色波段。
4.利用所述非相干三角數(shù)字全息彩色三維成像系統(tǒng)進(jìn)行三維成像的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1，獲取三顏色通道的全息圖； 步驟1.1，打開白光光源(I )、圖像采集設(shè)備(17)以及計(jì)算機(jī)(18)，使用第一干涉濾波片(3)，保證第一偏振片(9)與第二偏振片(15)光軸方向一致的同時(shí)，同步調(diào)節(jié)兩個(gè)偏振片的光軸，使由圖像采集設(shè)備(17)采集到的干涉條紋的對(duì)比度達(dá)到最大，并將此時(shí)干涉產(chǎn)生的全息圖保存到計(jì)算機(jī)(18)中； 步驟1.2，在計(jì)算機(jī)(18)中對(duì)采集到的全息圖進(jìn)行快速傅里葉變換，并觀察變換后的圖像是否對(duì)焦準(zhǔn)確；如果圖像離焦，則調(diào)整圖像采集設(shè)備的位置直到經(jīng)過傅里葉變換后的圖像對(duì)焦準(zhǔn)確，記錄此時(shí)的紅色通道全息圖Hk，記下此時(shí)圖像采集設(shè)備(17)至第六透鏡(16)的距離D1； 步驟1.3，將第一干涉濾波片(3)換為第二干涉濾波片(4)，重復(fù)步驟1.1、1.2，獲得綠色通道全息圖He，記下此時(shí)圖像采集設(shè)備(17)至第六透鏡(16)的距離D2 ； 步驟1.4，將第二干涉濾波片(4)換為第三干涉濾波片(5)，重復(fù)步驟1.1、1.2獲得藍(lán)色通道全息圖Hb，記下此時(shí)圖像采集設(shè)備(17)至第六透鏡(16)的距離D3 ； 步驟2，獲得三個(gè)通道的再現(xiàn)像； 步驟2.1，分別對(duì)三顏色通道全息圖HK，Hg, Hb進(jìn)行補(bǔ)零操作，調(diào)整三顏色通道全息圖的大小，使三個(gè)單色通道的再現(xiàn)像具有相同的放大倍率，并對(duì)補(bǔ)零后的全息圖AK，Ae，Ab分別進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得再現(xiàn)像IK，IG, Ib ; 步驟2.2，計(jì)算再現(xiàn)像Ik和Ie的相關(guān)系數(shù)，公式如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維成像方法，其特征在于，所述步驟2.1使三個(gè)單色通道的再現(xiàn)像具有相同放大倍率的方法是根據(jù)下式調(diào)整三顏色通道全息圖大小:
N1:N2:N3 = A1D1=A 2D2: λ 3D3 (2) 其中，N12, N22和N32分別為調(diào)整后三個(gè)通道全息圖AK、Ag和Ab的大小，即像素?cái)?shù)；λ 1、入2和入3分別為三個(gè)通道全息圖HK，Hg, Hb對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；D1、D2和D3分別三個(gè)通道全息圖對(duì)應(yīng)的記錄距離；實(shí)際操作中，選取藍(lán)色通道全息圖的大小為基準(zhǔn)，通過(2)式計(jì)算所需紅色和綠色通道全息圖的大小，對(duì)實(shí)際拍攝到的紅色和綠色通道的全息圖進(jìn)行補(bǔ)零操作，使其大小滿足(2)式所示的比例關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維成像方法，其特征在于，所述步驟3融合三顏色通道再現(xiàn)像合成三維彩色圖像還包括以下步驟: 步驟3.1，計(jì)算前面獲得的具有相同放大倍率、且大小相同的三個(gè)通道的再現(xiàn)像的強(qiáng)度之間的比例:
K1: K2: K3 = IaiQE1IIx2QE2IIx3QE3 (3) 其中，KpK2和K3分別為調(diào)整后三個(gè)通道的強(qiáng)度；Ιλ1、1入2和Ιλ3分別為圖像采集設(shè)備(17)處三個(gè)通道的光強(qiáng)度；QE1、QE2和QE3分別為三個(gè)通道中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的圖像采集設(shè)備(17)的量子效率； 步驟3.2，將KpK2和K3的比值直接與對(duì)應(yīng)的三個(gè)通道的再現(xiàn)像相乘，然后根據(jù)RGB圖像合成法合成，獲得最終的真彩色再現(xiàn)像。
【文檔編號(hào)】G03H1/22GK103728866SQ201410023740
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】萬玉紅, 滿天龍, 王大勇, 王云新, 戎路 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)