[发明专利]大视场数字全息图记录方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于数字全息术应用于面形检测设备，具体是一种大视场数字全息图记录方法及装置。

技术背景

数字全息最大的特点是可以对三维或相位物体的结构信息进行定量分析，但是由于记录器件有限的像素数，使得全息图的高频信息不能被有效的记录，因而重构像的分辨率被限制。对面形检测而言，分辨率与视角相对应，或者说全息图视角问题的本质就是分辨率问题。另外，因为高频全息图欠采样或者无效采样，将降低全息图的信噪比。增大再现视角和信噪比的一个有效方法是综合孔径技术。若要对物体面形或相位信息进行定量分析，必须采用复振幅叠加方法，这种方法要求各个再现光场有相对固定的相位关系，对记录系统的稳定性和光电成像装置的位移精度有着非常高的要求，如有误差，将增加数字修正的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用空间频谱拼接、拼接修正容易的大视埸数字全息图的记录方法。

本发明的另一目的在于提供一种采用空间频谱拼接、拼接修正容易的大视埸数字全息图的记录装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案原理是利用4F相干图像处理系统记录数字全息图，在空间频谱面设置可移动的滤波孔，随着孔径的移动，记录不同谱段的子全息图。再现时，首先对子全息图进行数字逆傅里叶变换，重构对应的频谱段，并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱，最后对整个频谱再次进行傅里叶变换，从而实现像的重构，具体方法步骤如下：

1)由凸透镜对物光波进行光学傅立叶变换；

2)由配备矩形孔滤波器、凸透镜、分束镜、光电转换器和二维移动平台等的子孔径分割采样装置在物光波的空间频谱面移动，进行子孔径分割采样；

3)将各个子孔径的采样结果分别先乘以参考光、数字逆傅立叶变换、移位，再进行拼接；

4)将拼接后的物光波空间频谱分布进行数字傅立叶变换得到全息图的重构像。

上述的记录方法中子孔径分割和拼接在物光波的空间频率域进行。

上述的记录方法中拼接过程中使用数字逆傅立叶变换。

上述拼接修正容易的大视埸数字全息图的记录装置具体构成包括：光路系统、数据采集器和计算机三大部分，光路系统由激光器LD、反射镜M2、分束镜BS1、分束镜BS2、凸透镜L1、矩形孔滤波器SF、凸透镜L2、分束棱镜BS3、二维移动平台P所构成，分束棱镜BS2、凸透镜L1、矩形孔滤波器SF、凸透镜L2、分束棱镜BS3、光电转换器CCD依次排列设置，矩形孔滤波器SF、凸透镜L2、分束棱镜BS3是连接在二维移动平台P上的，激光器LD发出激光束投向分束镜BS1产生两束激光束，其中激光束1经分束棱镜BS2反射照射到待测物体上，其反射光再经分束棱镜BS2后被透镜L1傅立叶变换到空间频率域，部分空间频谱穿过矩形孔滤波器SF，再经过透镜L2到达分束棱镜BS3，而激光束2经过反射镜M2投向分束棱镜BS3，两束光在光电转换器CCD1表面干涉形成全息图，并被光电转换器接收，经模数转换得到数字全息图。

上述的二维移动平台可以是由台板P1、台板P2、水平方向移动机构1、垂直方向移动机构2所组成的，水平方向移动机构1连接在台板P1侧面或下方，垂直方向移动机构2连接在台板P1上，台板P2连接在垂直方向移动机构2上的。

本发明的大视场数字全息图记录方法，其在空间频谱面设置了可精确控制移动的滤波孔，能均匀地记录下不同谱段的子全息图，通过把子全息图进行数字逆傅里叶变换，重构成对应的频谱段，并对频谱段进行拼接形成完整的物光频谱，然后对整个频谱再次进行傅里叶变换，从而获得像的重构，此技术和装置不但解决了数字再现物体视角受到记录器件分辨率限制的问题，还可以应用到显微数字全息测量领域中以得到微观物体的全局信息，实现在数字全息中扩大测量面积的效果。且具有对设备精度、环境震动等要求较现有方法低，结构检测精度高，系统体积小，自动化程度高的优点。

附图说明

图1是本发明实施例的大视场数字全息图记录装置结构和光路示意图

图2是本发明实施例的大视场数字全息图记录频谱混叠未滤波结果(a)频谱，(b)再现面形分布

图3是本发明实施例的大视场数字全息图记录各滤波孔径的频谱和再现面形分布

图4是本发明实施例的大视场数字全息图记录最终拼接结果.(a)频谱，(b)面形分布

图5是本发明实施例的大视场数字全息图记录满足分离条件未滤波的再现面形分布

图6是本发明实施例的大视场数字全息图记录装置部件主视图