[发明专利]一种基于光强传输方程相位恢复应用装置

说明书

本发明涉及一种基于光强传输方程相位恢复应用装置。本装置利用分光片、反射镜和空间光调制器将成像光束分为三束子光束，并通过调节空间光调制器上的角谱传递函数使CCD同时获得一副聚焦强度图像和两幅具有相等离焦距离的正、负离焦强度图像，然后将采集到的图像应用于光强传输方程相位恢复技术来重建出物体的相位。由于采集过程不需要任何机械移动与调整，且仅需要单个相机单次曝光，所以本系统可以非常稳定、高速地恢复出定量相位图像，并将传统光强传输相位成像拓展到可相对快速移动的动态物体进行测量。

技术领域

本发明涉及一种基于光强传输方程相位恢复应用装置。

背景技术

基于光强传输方程的相位恢复技术是一种非干涉的定量相位恢复方法，该方法通过测量聚焦面和离焦面的强度信息来进行相位重构。相比于传统的干涉技术，光强传输方程相位恢复技术只需测量单一光路的光场分布，而不需要物光和参考光的叠加，所以无需复杂的光学系统且对于实验环境没有苛刻的要求；其次，光强传输方程相位恢复技术可由测量的强度图像直接求解得到相位，不需要对获得的相位进行解包裹，而解包裹算法通常很复杂且需要对误差进行补偿；所以，基于光强传输方程的相位恢复技术广泛应用于X射线成像、天文学成像、自适应光学、二元光学设计、光学相位显微等众多领域。

基于光强传输方程的相位恢复技术一般需要3幅强度图像进行相位重构：一幅聚焦强度图像和两幅具有相等离焦距离的正、负离焦强度图像。传统的光强传输方程相位恢复应用装置需要手动或者机械移动CCD或者物体，这将不可避免的会引入人为误差或者机械系统误差；其次，传统的实验装置相机每次只拍摄一幅强度图像，测量时间长，所以不能对相对快速移动的动态物体进行测量。

发明内容

本发明的目的在于针对已有应用装置存在的缺陷，提供一种基于光强传输方程相位恢复应用装置，是一种非机械的并可以对快速移动的动态物体进行测量的简单、高速、有效的定量相位恢复应用装置。

为达到上述目的，本发明的思路如下：

为能对相对快速移动的动态物体进行测量，利用分光片与反射镜将成像光束一分为三，由一个CCD同时采集一幅聚焦强度图像和两幅具有相等离焦距离的正、负离焦强度图像；为避免传统光强传输方程相位恢复应用装置手动或者机械移动CCD或者物体引入的人为误差或者机械系统误差，可以采用空间光调制器调节三幅强度图像的离焦距离。

基于以上思路，本发明采用如下技术方案：

一种基于光强传输方程相位恢复应用装置，包括光源，4f系统，分光片，反射镜和CCD；被测物体设置于光源和4f系统之间，在4f系统后方设置第一分光片，第一分光片上方设置第一空间光调制器，下方正交设置第二分光片，后方设置第一反射镜和第二反射镜彼此正交；所述第二分光片前方设置CCD，后方设置第二空间光调制器以及第三反射镜和第四反射镜彼此正交，下方设置第三空间光调制器；光源准直后照射到被测物体上形成物光束，物光束经过4f系统后形成成像光束，成像光束被分光片、反射镜与空间光调制器分为三束子光束；调节空间光调制器上的角谱传递函数，使CCD采集的三幅强度图像分别为一幅聚焦强度图像和两幅具有相等离焦距离的正、负离焦强度图像；最后将采集到的图像应用于光强传输方程相位恢复技术重建出物体的相位。

所述光源包括He-Ne激光器、空间光滤波器、第一孔径光阑、第一准直透镜，所述He-Ne激光器发出的激光依次经过空间光滤波器、第一孔径光阑、第一准直透镜变成平行光束后照射到被测物体上。

或者所述光源包括LED灯、第二孔径光阑、第二准直透镜、场调制掩膜，所述LED灯发出的光依次经过第二孔径光阑、第二准直透镜、场调制掩膜后照射到被测物体上。