[发明专利]一种复合数字全息成像方法及装置

说明书

本发明公开一种复合数字全息成像方法及装置，方法包括：获取离轴数字全息图和同轴数字全息图；确定图像传感器平面内的第一相位的分布和待测物体平面内的第二相位的分布；确定图像传感器平面内的物光波的第一复振幅；得到待测物体平面内的物光波的第二复振幅，更新第二复振幅中大于1的振幅对应的像素点的振幅和相位；得到图像传感器平面内的物光波的第三复振幅，并更新第三复振幅中的振幅；判断第三复振幅与第一复振幅的差值是否小于设定阈值，若是，确定待测对象的数字全息再现象；若否，将第三复振幅反向传播到待测物体平面内。该方法和装置适用于对复杂形状的待测物体或者处于强相位畸变背景中的待测物体进行成像，具有视场大和分辨率高的特点。

技术领域

本发明涉及数字全息成像领域，特别是涉及一种复合数字全息成像方法及装置。

背景技术

数字全息技术是利用数字图像传感器，如电荷耦合器件(Charge-coupledDevice)或互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)器件，记录物光与参考光形成的全息图，再将全息图输入计算机，通过程序模拟光的衍射传播过程得到物体的再现像。数字全息技术可同时得到物体的强度像和相位像。数字全息技术分同轴数字全息和离轴数字全息两种。同轴数字全息可以充分利用图像传感器的空间带宽积，具有视场大、理论分辨率高的特点，但同轴数字全息再现像中存在共轭像的干扰，已有的消除共轭像的方法有相移法、相位恢复法及盲源分离法等。其中相移法需要多次曝光记录多幅全息图；相位恢复法和盲源分离法只适合于透明背景上的稀疏物体的成像。离轴数字全息可以将物体的再现像与共轭像分离，但要求待测物体与图像传感器之间的距离较大，在不加光学放大透镜的情况下，系统的数值孔径较小，导致成像分辨率较低，若加入光学放大透镜，则会导致成像视场较小。

同轴数字全息记录光路比较简单，一般先将激光进行扩束准直成平行光，透过待测物体后照射到数码相机的图像传感器上形成同轴数字全息图，一般采用单色(黑白)数码相机记录同轴数字全息图。现有的采用相位恢复算法消除共轭像的同轴数字全息成像方案的实现过程如下：

(1)利用同轴数字全息图，根据公式：生成图像传感器平面(Recordingplane)内物光波的复振幅，其中，O₁表示复振幅，I_in表示同轴数字全息图的强度，j表示虚数符号，的初始值设为一常数，通常取0或1；

(2)利用角谱传播法将图像传感器平面内物光波的复振幅O₁反向传播到待测物体平面(Objectplane)内，得到待测物体平面(Objectplane)内的复振幅分布O₂；

(3)查找O₂的振幅大于1的像素点，将其振幅更新为1；

(4)利用角谱传播法将更新后的待测物体平面(Objectplane)内的复振幅O₂正向传播至图像传感器平面(Recordingplane)内，并用替换它的振幅，得到新的图像传感器平面(Recordingplane)内物光波的复振幅O₃；

(5)重复(2)～(4)步进行迭代运算，直到收敛。输出待测物体平面(Object plane)内的物光波的复振幅分布O₂，得到待测物体的再现像。

现有技术主要存在以下缺点：

1、在已有的同轴数字全息相位恢复算法中，图像传感器平面内的物光波复振幅的相位初始值被设为一个常数，在待测物体平面内只将物光波复振幅的强度作为约束条件。因此，已有的相位恢复算法要求待测物体为处于均匀透明背景上的稀疏物体，或要求待测物体引起的相位起伏小于π/2的条件下才能起到较好的消除共轭像的作用。

2、在已有的同轴数字全息相移法需要多次曝光记录多幅全息图，不适合用于对动态待测物体成像。