[发明专利]一种基于互补随机抽样的无透镜衍射成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无透镜衍射成像方法，属于衍射成像技术领域。

背景技术

无透镜相干衍射成像(CDI)(参见文献1)是一种利用物波的衍射强度图样计算物波波前复振幅分布的技术，该技术在自适应光学、光学精密测量、高分辨显微成像等领域有重要实际应用。CDI技术的关键问题是怎样从物波的衍射强度图样中恢复出物波波前的复振幅信息(包括振幅信息和相位信息，其中主要是相位信息的恢复)。为解决波前复振幅的恢复问题，人们已经提出了很多方法。其中，全息干涉测量技术是最常用的一类方法，比如同轴或离轴全息(参见文献2-文献10)，但是全息测量需要引入合适的参考光或者使用相移算法。另一种是使用迭代算法(参见文献11-文献30)，这种方法的好处是不需要引入参考光，但待测波前的复振幅信息需要从其衍射强度图样中通过一种迭代运算恢复出来。传统的迭代算法通常需要大量的迭代次数，并且存在迭代结果的非唯一性。为了提高迭代效率和波前复振幅恢复的准确性，人们也已经提出了一些改进的方法，如采用超抽样法(参见文献14)、采用多幅衍射图样(参见文献15-文献22)、采用结构光照明技术(参见文献23和文献24)、采用相位板波前调制技术等(参见文献25-文献30)。但其中还有很多问题亟待解决。例如，在已有得方法中，为了满足迭代收敛条件，需要采用特殊支架，物体横向尺寸必须远小于图像传感器有效记录平面的大小等。

最近，Horisaki等人提出了一种基于二值随机抽样的CDI方法(参见文献31和文献32)。该方法通过理论分析和计算机模拟证明，通过在被测物体与图像传感器之间插入一幅二值随机抽样(RS)屏可以解决波前复振幅恢复中存在的非唯一性和非收敛性问题。为简单起见，在以下叙述中将这种方法称为RS-CDI法。RS-CDI法较好地克服了传统CDI方法中对物体尺寸的限制。但由于在物体和记录面之间引入了一个二值RS屏，该方法只能得到物波波前复振幅的一组稀疏抽样数据。尽管用压缩感知算法(参见文献33)也可以基于这种稀疏抽样数据实现衍射成像，但对待测物物波的冗余性提出了较高的要求。

上述所述及的文献是指：

文献1：J.Miao,T.Ishikawa,I.K.Robinson,andM.M.Murnane,Beyondcrystallography:Diffractiveimagingusingcoherentx-raylightsources,Science348,530-535(2015)

文献2：A.Rosenhahn,R.Barth,F.Staier,T.Simpson,S.Mittler,S.Eisebitt,andM.Grunze,Digitalin-linesoftx-rayholographywithelementcontrast,J.Opt.Soc.Am.A25,416-422(2008).

文献3：M.Guizar-SicairosandJ.R.Fienup,Holographywithextendedreferencebyautocorrelationlineardifferentialoperation,Opt.Express15,17592-17612(2007).

文献4：S.Marchesini,S.Boutet,A.E.Sakdinawat,M.J.Bogan,S.Bajt,A.Barty,H.N.Chapman,M.Frank,S.P.Hau-Riege,A.Szoeke,C.Cui,andD.A.Shapiro,MassivelyparallelX-rayholography,Nat.Photonics2,560-563(2008).

文献5：M.Guizar-SicairosandJ.R.Fienup,DirectimagereconstructionfromaFourierintensitypatternusingHERALDO,Opt.Lett.33,2668-2670(2008).

文献6：R.L.Sandberg,D.A.Raymondson,C.La-o-vorakiat,A.Paul,K.S.Raines,J.Miao,M.M.Murnane,H.C.Kapteyn,andW.F.Schlotter,Tabletopsoft-x-rayFouriertransformholographywith50nmresolution,Opt.Lett.34,1618-1620(2009).