[发明专利]一种基于数值迭代消除离轴复用全息图零级像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复用全息消零级技术领域，主要解决复用全息图中零级像的消除问题。

背景技术

全息术最早由英国科学家Dennis Gabor于1947年提出，并于1948年记录并再现出第一张全息图。最初的全息术在同轴情况下完成，物光与参考光以同轴的方式相干叠加记录在感光器件上，全息图再现时，所形成的零级像和共轭像的光斑与再现像重叠在一起，严重影响了再现像的质量。

1962年美国科学家E.N.Leith和J.Upatnieks提出了采用离轴照明和再现方法的离轴全息术，在全息图记录的过程中，参考光与物光以特定夹角的方式相干，所形成的干涉条纹中包含物光信息的条纹被具有特定倾角的参考光相干涉的条纹所调制。在全息图的再现时，当采用离轴的参考光照明时，所形成的再现像与零级像和共轭像在空间上分离，这样减少了零级像和共轭像对再现像的干扰。

数字全息由Goodman提出，用数字记录器件如CCD，CMOS代替传统的光学胶片，用数字在现代替传统的显影定影等复杂操作，极大的提高了全息记录在现过程的效率，全息技术得到更广泛的发展。

离轴数字全息术最初用于分离零级像和正负一级像，也就是分离再现像中的实像和虚像，受记录器件的限制，全息图的频率空间有固定的大小，全息图的频谱空间是零级像和正负一级像共用的一个空间，零级像严重影响样品可记录的带宽。

复用全息术是将两幅或更多幅全息图复用在一张全息图上，近年来，复用全息术在超快探测、彩色全息、全息储存、提高分辨率等领域有着越来越广泛的应用。复用全息有着更多的分离的正负一级像，因此，可记录的带宽严重影响着复用全息图的成像质量，为了增加样品可记录的带宽，需要消除复用数字全息中的零级像。可记录带宽的增加可以使再现波前的质量有一个比较大的上升空间。

发明内容

本发明目的是解决离轴复用全息图中零级像的存在对再现像的成像质量严重干扰以及空间带宽利用率低的问题，提出一种基于数值迭代消除离轴复用全息图零级像的方法,该消零级方法不需要提前预知物体的信息，仅需一幅复用全息图及各子全息图的参考光信息即可。复用消零级方法还原的物光信息比传统频域取窗方法更准确，能够有效利用CCD的空间带宽，而且可以实时的进行运算，可操作性更强。并且对该方法的收敛性进行了分析。

本发明提供的基于数值迭代消除离轴复用全息图零级像的方法，具体步骤如下：

第1、将复用全息图I(x,y)分别减去各子全息图的参考光信息|r₁|²、|r₂|²...|r_N|²，得到新的复用全息图：

其中，o₁、o₂…o_N分别表示各子全息图物光的复振幅，r₁、r₂…r_N分别表示各子全息图参考光的复振幅，*表示为共轭符号；

第2、将减去参考光信息的复用全息图I₀(x,y)进行傅里叶变换：

其中，^为傅里叶变换符号，为卷积符号，δ()表示狄拉克函数；

第3、对傅里叶变换后的复用全息图的一个正一级频谱进行取窗，并作逆傅里叶变换：

其中，窗函数为

第4、对取模的平方，并除以|r₁|²：

其中，为相位符号；

第5、用(1)式减去(4)式：

其中，第一次消零级迭代一次的误差

第6、重复第2步至第5步，得到第一次消零级迭代k₁次后的全息图：

其中，第一次消零级迭代k₁次后的误差

其中，O₁(...)为多项式符号，易知在|r₁|＞|o₁|、|r₁|＞|o₂|…|r₁|＞|o_N|的情况下，该误差为收敛的；

第7、对第一次消零级后的频域上的第二个正一级频谱进行取窗，并作逆傅里叶变换：

其中，窗函数为设