[发明专利]面向成像视场增大的叠层扫描数字全息术

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩大视场的数字全息术，具体涉及一种将待测样品在物平面内以叠层扫描(Ptychographic scanning)的方式来平移以扩大视场的数字全息术。

背景技术

数字全息(Digital Holography)使用数字式相机(如CCD)代替照相干板来拍摄物体的全息图，省去了化学上的湿法处理。其最大的优势是能够直接在计算机上定量分析待测样品的振幅和位相，而且还可以较方便地对探测过程中的一些误差信息进行抑制处理，因此引起了业内学者很大的研究兴趣，得到了较快的发展，它在三维形貌测量、生物显微成像和粒子场测量等领域有着广泛的应用前景。

但是，由于数字全息光路中使用的CCD的感光芯片尺寸有限(毫米量级)，因此它的视场范围也相应较小，这成为数字全息成像系统的一个主要缺陷之一，很大程度上限制了它的应用前景。为了消除该项缺陷，主要的办法是移动物体或CCD以接收更多的待测样品信息，并将全息图合成来扩大视场。如发明专利CN200410016479提出了一种高分辨率大视场数字全息装置，实用新型专利CN200420082611和CN201020599373进一步提出了合成大尺寸全息图的装置系统。但在这些方法中，由于记录的是不同样品区域的全息图，因此视场拼接就成为一个比较突出和困难的问题。特别是当系统存在一些移动误差时，二维图像融合的难度会进一步加大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，在增大数字全息视场的同时解决视场拼接中的图像融合问题。

本发明的目的可通过以下技术措施实现：

第一步，将待测样品在物平面内按叠层扫描的方式进行平移，并用图像传感器依次记录下各扫描位置所对应的全息图；第二步，使用基于叠层扫描的数字全息算法对全息图进行处理，在计算机上得到待测样品的大视场复振幅图像。

所述叠层扫描是这样一种扫描方式，待测样品在物平面内依次平移一定的距离，平移时需保证相邻平移位置间待测样品上被光束照明的区域内存在一定的交叠。该交叠区域即提供了相邻视场内信息冗余度的约束，以解决视场拼接中的图像融合问题。

上述技术措施的具体描述如下：

(1)叠层扫描数字全息术的记录。

待测样品O(x，y)被照明探针P_n(x，y)(n=1，2，3...表示不同的扫描位置)照明并传播至图像传感器CCD上，因此CCD上物光的复振幅为：

O_cn(ξ，η)=FrT_λ，d[p_n(x，y)·O(x，y)]    (1)

其中FrT为菲涅尔变换算符，λ为所用激光的波长，d为衍射距离。设参考光为R，则CCD拍摄的全息图可表示为：