[发明专利]合成相移数字全息显微技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字全息显微技术，具体涉及一种采用合成相移算法的数字全息显微技术。

背景技术

数字全息显微技术就是以数字全息为基础，结合光学显微技术发展而来的一种新型显微成像技术。参见(J.Opt.Soc.Am.4(1)，159-165，1987)。然而，如今数字全息技术的发展遇到了一个巨大的瓶颈，即CCD的分辨率低而且带宽小。目前市场上常见CCD的多为百万像素，分辨率低，远远不能满足数字全息显微的实际需求。在无透镜的全息光路中，干涉条纹的密度通常要小于1um×1um，所以现有CCD通常无法记录下完整的干涉条纹的信息。

为了解决这个问题，在可见光范围，通常引入高数值孔径的透镜放大干涉场。但透镜的引入会使得视场严重减小。为了得到大视场成像，通常不得不采用移动样品来完成，但得到的却是一些残缺不全的像，需要进行图像拼接融合。在短波长范围，由于高数值孔径透镜的制造难度大，根据成像原理，可以通过增大衍射距离来减少对CCD靶面尺寸的要求，但过远的记录距离会丢失物体的高频信息，降低再现像的分辨率。所以要提高成像的分辨率，一个关键问题是如何突破CCD靶面尺寸和像素大小的限制。原理上可以把CCD的像素数提高到任意值，但是由于成本和技术的制约，CCD像素的提高非常困难，并且过高的像素还会降低成像的灵敏度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种新的相移算法，用以解决如何提高CCD分辨率，空间带宽积利用率以及信噪比的问题。

本发明的目的可通过以下技术措施实现：

基于Mach-Zehnder干涉结构构建了合成相移数字全息系统。在参考光路中放置随机相位板以使相位随机分布，利用压电陶瓷(PZT)驱动随机相位板产生微小位移δ，2δ，...，Nδ，这样就能产生N个相应的相移干涉图。然后利用本发明提出的合成相移算法将这些低分辨率的干涉图的每个像素分为若干个小像素，再进行合成，进而获得一个高分辨率的干涉图，再对其进行逆运算就可以得到具有高分辨率和信噪比的原像。

本发明采用合成相移算法，它的具体实现过程为：

(1)首先以8个具有不同相移的低分辨率干涉图I_L1，I_L2，...，I_L8为例。上述8个低分辨率干涉图为CCD直接拍摄，为已知条件。

(2)将每个低分辨率干涉图中的单个像素分为4个小像素，比如将I₁分为i₁₁，i₁₂，i₁₃，i₁₄，利用算法可以求解出具有高分辨率的干涉图。令I_H1，I_H2，...，I_H8表示对应于8个不同相移下的高分辨率干涉图。

(3)根据光强的可直接叠加特性，低分辨率和高分辨率的干涉图I_Lm和I_Hm的像素存在如下关系：

其中(n＝1，2，…，4)

下角标m代表第m步相移，n代表干涉图上不同像素。

(4)根据干涉理论，存在如下关系