[发明专利]基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法

权利要求书

1.基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)菲涅尔干涉条纹的形成：将激光通过第一偏振分束器分为光束A和光束B，光束A依次通过第一声光调制器、第一扩束器、第一光瞳和第一凸透镜，而光束B依次通过第二扩束器和第二光瞳后，再将光束A和光束B经过第二偏振分束器聚光干涉后形成菲涅尔干涉条纹；

(2)目标物体全息图的形成：利用菲涅尔干涉条纹对目标物体进行光学全息扫描，并通过光电检测器接收扫描后的光信息，从而获取目标物体的全息图H_T；

(3)参考物体全息图的形成：将目标物体的全息图做傅里叶变换后，与带有距离参数z₁的传统光学传递函数的频域表达式的共轭相乘，再经过逆傅里叶变换，得到目标物体的重建图，并将其作为参考物体，具体表达式如下：

R(x,y)＝F^-1{F{H_T}×F^*{h(x,y；z₁)}}

其中，R(x,y)为目标物体的复振幅分布，z₁表示目标物体重建的距离，F^-1、F分别表示逆傅里叶变换以及傅里叶变换，*表示取共轭运算，H_T表示目标物体的全息图；

将参考物体置于z₂，并记录此时参考物体的全息图H_R，表达式如下：

H_R(x,y)＝F^-1{F{H_T(x,y)}×F^*{h(x,y；z₁)}×F{h(x,y；z₂)}}

其中，H_R(x,y)表示参考物体的全息图，z₂表示参考物体重建放置的轴向位置；

(4)目标物体的空间距离提取：将目标物体以及参考物体的全息图进行傅里叶变换后，提取两者的相位全息相关信息，再将目标物体以及参考物体的相位相关信息进行逆傅里叶变换；然后利用维格纳分布函数对目标物体以及参考物体的相位全息相关信息的逆傅里叶变换进行时频分析，由此获得一条包含目标物体轴向位置信息的斜线，该斜线的斜率即为目标物体的轴向位置信息，从而提取出目标物体的空间距离。

2.根据权利要求1所述的基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述菲涅尔干涉条纹在目标物体所处轴向位置处的表达式为：

其中，k₀＝2π/λ代表波速，λ代表波长，x、y表示目标物体的横向空间坐标，z表示目标物体的轴向位置。

3.根据权利要求2所述的基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于，步骤(2)中所述的目标物体的全息图具体表达式如下：

其中，H_T(x,y)表示目标物体的全息图，T(x,y；z)表示目标物体的复振幅分布，代表卷积运算。

4.根据权利要求3所述的基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于，步骤(4)中所述的目标物体以及参考物体全息图的相位相关信息表达式如下：

其中，C(k_x,k_y)表示目标物体与参考物体在频域中的相位相关信息。

5.根据权利要求4所述的基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于，步骤(4)中所述的目标物体以及参考物体全息图的相位相关信息的逆傅里叶变换表达式如下：

其中，c(x,y)表示目标物体与参考物体在时域中的相位相关信息。

6.根据权利要求5所述的基于相位全息相关性的全息扫描空间距离提取方法，其特征在于，步骤(4)中所述的目标物体以及参考物体全息图的相位相关信息的维格纳分布函数的表达式如下：

因此，目标物体以及参考物体的相位全息相关性的时频关系由如下式子表示：

该直线的斜率就包含了物体的轴向位置z的信息，令Δz＝2z+z₂-z₁，则此式表示为：

只要计算出该斜线的斜率，就能够计算出Δz的值，目标物体的轴向位置信息为：