面向成像視場增大的疊層掃描數(shù)字全息術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向成像視場增大的疊層掃描數(shù)字全息術(shù)。它將待測樣品在測量平面內(nèi)以疊層掃描的方式依次進(jìn)行平移，并用圖像傳感器記錄下相應(yīng)的全息圖；通過使用基于疊層掃描的數(shù)字全息重建算法對記錄的系列全息圖進(jìn)行處理，可以獲得待成像樣品增大了視場的復(fù)振幅圖像。由于疊層掃描提供了相鄰視場間的信息冗余度約束，因此本發(fā)明有效地解決了大視場數(shù)字全息成像中的視場拼接和圖像融合問題。同時，全息記錄的數(shù)據(jù)處理方式也使得疊層迭代本身的收斂速度和抗噪聲干擾能力得到較大幅度地提升。本發(fā)明成像效率高，可移植性好，可適用于各種透射型或反射型物體的相位定量測量和顯微成像。
【專利說明】面向成像視場增大的疊層掃描數(shù)字全息術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種擴(kuò)大視場的數(shù)字全息術(shù)，具體涉及一種將待測樣品在物平面內(nèi)以疊層掃描(Ptychographic scanning)的方式來平移以擴(kuò)大視場的數(shù)字全息術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字全息(Digital Holography)使用數(shù)字式相機(jī)(如CO))代替照相干板來拍攝物體的全息圖，省去了化學(xué)上的濕法處理。其最大的優(yōu)勢是能夠直接在計算機(jī)上定量分析待測樣品的振幅和位相，而且還可以較方便地對探測過程中的一些誤差信息進(jìn)行抑制處理，因此引起了業(yè)內(nèi)學(xué)者很大的研究興趣，得到了較快的發(fā)展，它在三維形貌測量、生物顯微成像和粒子場測量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]但是，由于數(shù)字全息光路中使用的CCD的感光芯片尺寸有限(毫米量級)，因此它的視場范圍也相應(yīng)較小，這成為數(shù)字全息成像系統(tǒng)的一個主要缺陷之一，很大程度上限制了它的應(yīng)用前景。為了消除該項缺陷，主要的辦法是移動物體或CCD以接收更多的待測樣品信息，并將全息圖合成來擴(kuò)大視場。如發(fā)明專利CN200410016479提出了一種高分辨率大視場數(shù)字全息裝置，實用新型專利CN200420082611和CN201020599373進(jìn)一步提出了合成大尺寸全息圖的裝置系統(tǒng)。但在這些方法中，由于記錄的是不同樣品區(qū)域的全息圖，因此視場拼接就成為一個比較突出和困難的問題。特別是當(dāng)系統(tǒng)存在一些移動誤差時，二維圖像融合的難度會進(jìn)一步加大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在增大數(shù)字全息視場的同時解決視場拼接中的圖像融合問題。
[0005]本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)措施實現(xiàn):
[0006]第一步，將待測樣品在物平面內(nèi)按疊層掃描的方式進(jìn)行平移，并用圖像傳感器依次記錄下各掃描位置所對應(yīng)的全息圖；第二步，使用基于疊層掃描的數(shù)字全息算法對全息圖進(jìn)行處理，在計算機(jī)上得到待測樣品的大視場復(fù)振幅圖像。
[0007]所述疊層掃描是這樣一種掃描方式，待測樣品在物平面內(nèi)依次平移一定的距離，平移時需保證相鄰平移位置間待測樣品上被光束照明的區(qū)域內(nèi)存在一定的交疊。該交疊區(qū)域即提供了相鄰視場內(nèi)信息冗余度的約束，以解決視場拼接中的圖像融合問題。
[0008]上述技術(shù)措施的具體描述如下:
[0009](I)疊層掃描數(shù)字全息術(shù)的記錄。
[0010]待測樣品0(x，y)被照明探針Pn(x，y) (n=l，2，3...表示不同的掃描位置)照明并傳播至圖像傳感器CXD上，因此CXD上物光的復(fù)振幅為:
[0011]Ocn( ξ , n)=FrTAjd[pn(x, y).0(x, y) ] (I)
[0012]其中FrT為菲涅爾變換算符，λ為所用激光的波長，d為衍射距離。設(shè)參考光為R,則(XD拍攝的全息圖可表不為:[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種面向成像視場增大的疊層掃描數(shù)字全息術(shù)，其成像過程包括以下步驟: 第一步，將待測樣品在物平面內(nèi)以疊層掃描的方式進(jìn)行平移，并用圖像傳感器依次記錄各掃描位置所對應(yīng)的全息圖； 第二步，使用基于疊層掃描的數(shù)字全息算法對全息圖進(jìn)行處理，在計算機(jī)上得到待測樣品的大視場復(fù)振幅圖像。
2.如權(quán)利要求1中所使用的基于疊層掃描的數(shù)字全息重建算法，其特征在于，該算法既解決了數(shù)字全息的視場拼接和圖像融合問題，又提高了疊層迭代的收斂速度和抗噪聲干擾能力。
3.如權(quán)利要求1和2中所述的疊層掃描，其特征在于，待測樣品在物平面二維坐標(biāo)內(nèi)依次平移一定的距離完成掃描，并保證相鄰平移位置間待測樣品上被光束照明的區(qū)域內(nèi)存在一定的交疊。
4.如權(quán)利要求1中所述的全息圖處理，其特征在于，對于標(biāo)定的特殊掃描位置，處理全息圖得到物體在記錄平面上的衍射復(fù)振幅信息，而對于一般掃描位置，則處理全息圖得到物體的衍射振幅強(qiáng)度信息。
5.如權(quán)利要求1、2和3中所述的疊層掃描，其特征在于，可以根據(jù)實際照明光束和待測樣品的相對大小進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
6.如權(quán)利要求1中所述的面向成像視場增大的疊層掃描數(shù)字全息術(shù)，可適用于各種透射型或反射型物體的相位定量測量和顯微成像。
【文檔編號】G03H1/08GK103838124SQ201410025075
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】史祎詩, 高乾坤, 王雅麗, 李拓 申請人:中國科學(xué)院大學(xué)